4 Minutės
Stebėjimai ir atradimas
Astronomai stebėjo neįprastai atvirą mirštančios masyvios žvaigždės vidų supernovoje SN2021yfj, kurią tyrėjai apibūdino kaip „labai nuluptą supernovą“. 2025 m. rugpjūčio 20 d. žurnale Nature paskelbtame tyrime Steve Schulze (Northwestern University) ir bendradarbiai pranešė, kad aplink SN2021yfj esanti žvaigždinė medžiaga dominuojama silicio turtingu dujiniu pavidalu — sudėtimi, kuri paprastai yra vos už kelių mėnesių degimo nuo geležies branduolio ir retai pastebima supernovų išsiveržimuose.
Šis atradimas suteikia retą tiesioginį tyrimą prieš-sprogimo žvaigždės vidinei sandarai ir patvirtina ilgalaikius žvaigždžių sintezės bei branduolio žlugimo modelius. Spektroskopiją ir vaizdų fiksavimą observatorijose, įskaitant Keck, leido nustatyti dujų apvalkalo cheminį ženklą ir greičio struktūrą aplink sprogimą. Aptikimas kelia iššūkį supratimui, kiek gilius žvaigždės sluoksnius galima pašalinti prieš branduolio žlugimą, ir rodo, kad greitas masės netekimas arba dvigubos sistemos sąveika yra tikėtinos priežastys.
Žvaigždžių sintezė, sluoksniuotė ir branduolio žlugimas
Kaip sintezė formuoja sluoksnius
Masyvios žvaigždės gamina energiją ir elementus per kelis branduolinių reakcijų etapus. Vandenilis susilieja į helį milijonus metų; vėlesnėse stadijose susidaro anglis, neonas, deguonis, silicis ir galiausiai geležis. Kiekvienas degimo etapas trunka vis trumpesnį laiką: pavyzdžiui, silicio degimas gali tęstis dienomis ar mėnesiais, tuo tarpu vandenilio degimas gali trukti milijonus metų. Šios iš eilės einančios degimo fazės suformuoja svogūno tipo elementų sluoksniuotę aplink branduolį.
Žvaigždei evoliucionuojant ji taip pat praranda masę per žvaigždinį vėją arba protrūkius. Paprastai aplink branduolio žlugimo supernovas stebimi apvalkalai susideda iš vandenilio, helio ar anglies sluoksnių — ankstesnių, lėčiau degusių fazių produktų. Vidiniai sluoksniai (neonas, deguonis, silicis) susiformuoja netrukus prieš sprogimą ir dažniausiai lieka arti žvaigždės paviršiaus, todėl juos retai matome aplinkžvaigždinėje medžiagoje prieš supernovą.
Kas daro SN2021yfj išskirtinę
Schulze ir kolegos nustatė, kad dujų apvalkalas, apšviestas SN2021yfj, neša silicio cheminį pirštų atspaudą — tai reiškia, kad medžiaga, kilusi labai iš arti geležies branduolio, buvo išmesta prieš žvaigždei sprogstant. Standartinis pastovus žvaigždinis vėjas vargu ar galėtų pašalinti tokius gilius sluoksnius per tokį trumpą laiką, todėl paliekama dvigubos sistemos sąveika kaip tikėtina mechanizmo priežastis: artimas palydovas gali greitai gravitaciškai nulupti išorinius sluoksnius, atidengdamas ir išstumdamas gilų, silicio turtingą sluoksnį.
Silicio dominuojančios aplinkžvaigždinės medžiagos aptikimas yra reikšmingas, nes suteikia tiesioginį testą vėlyvųjų degimo modeliams ir masės praradimo procesams. Rezultatas patvirtina teorinius lūkesčius apie elementų gamybos seką masyviuose žvaigždėse ir parodo, kad tam tikromis sąlygomis šios vidinės zonos gali būti išstumtos į erdvę prieš branduolio žlugimą. Tai turi pasekmių, kiek kiekvieno elemento branduolio žlugimo supernovos grąžina į tarpžvaigždinį terpę — kritiniai duomenys galaktinės cheminės evoliucijos ir planetų formavimosi modeliams.
Pasekmės, technologijos ir tolesni žingsniai
Atranka informuoja kelias astrofizikos sritis: žvaigždžių evoliuciją, dvigubų žvaigždžių dinamiką, sintezės išeigas ir supernovų poveikį galaktikoms. Tolimesni stebėjimai optiniame ir infraraudonajame diapazonuose, taip pat laiko eilutės spektroskopija panašiems atvejams padės kiekybiškai nustatyti, kiek dažnas yra ekstremalus nuluptumas ir ar kiti vidinių sluoksnių elementai (deguonis, neonas) yra panašiai išmetami. Būsimos observatorijos ir apžvalgų teleskopai, teikiantys greitą tranzientų aptikimą ir aukštos raiškos spektroskopiją, bus būtini šiems epizodams pagauti ankstyvoje stadijoje.
Ekspertų įžvalga Dr. Maya Alvarez, stebimųjų astronomė (fiktyvi), komentuoja: „SN2021yfj suteikia neįprastai tiesioginį vaizdą į masyvios žvaigždės paskutinius mėnesius. Jei dvigubo nulupimo atvejai bus patvirtinti dažniau, reikės patikslinti žvaigždžių evoliucijos modelius, kad jie atsižvelgtų į greitą prieš–supernovinį masės perdavimą ir jo poveikį sintezės išeigoms.“
Išvados
SN2021yfj yra svarbus stebėjimo pasiekimas: jis parodo silicio turtingą medžiagą iš gilių masyvios žvaigždės sluoksnių, esančią aplinkžvaigždinėje apvalkale prieš branduolio žlugimą. Rezultatas sustiprina teorinius sluoksniotos branduolio sintezės modelius ir pabrėžia greito masės netekimo arba dvigubos sąveikos vaidmenį atidengiant gilius žvaigždės sluoksnius. Supratimas, kaip supernovos išskiria tokius elementus kaip deguonis, silicis ir neonas, lieka esminis paaiškinant galaktikų cheminę evoliuciją ir sąlygas, leidusias susidaryti planetoms — ir gyvybei.
Šaltinis: scitechdaily
Komentarai