Supernova je skvělý konec obří hvězdy. Na krátký okamžik kosmického času hvězda vynaloží poslední úsilí, aby dál zářila, aby pak vybledla a zhroutila se. Konečným výsledkem je buď neutronová hvězda, nebo černá díra o hvězdné hmotnosti. Obecně jsme si mysleli, že všechny hvězdy nad přibližně deseti hmotnostmi Slunce skončí jako supernova, ale nová studie naznačuje, že tomu tak není.
Na rozdíl od slavných supernov typu Ia, které mohou být způsobeny sloučením nebo interakcí dvou hvězd, velké hvězdy procházejí tím, co je známo jako supernova s kolapsem jádra. Hvězdy přežívají díky rovnováze tepla a tlaku proti gravitaci. Jak se spojuje více prvků, velká hvězda musí vytvářet teplo spojováním stále těžších prvků. Nakonec to vytvoří vrstvu oblastí, kde se spojují různé prvky. Ale ten řetěz se dá nést jen do železa. Poté vás tavení těžších prvků spíše stojí energii, než ji uvolňuje. Takže jádro se zhroutí a vytvoří rázovou vlnu, která roztrhne hvězdu na kusy.
Model umírající hvězdy s cibulovou slupkou, ne v měřítku. Kredit: R. J. Hall
V modelech velkých umírajících hvězd se supernovy s kolapsem jádra vyskytují pro hvězdy o hmotnostech nad 9 – 10 hmotností Slunce až do asi 40 – 50 hmotností Slunce. Nad touto hmotností jsou hvězdy tak hmotné, že pravděpodobně se zhroutily přímo do černé díry, aniž by se staly supernovou. Extrémně hmotné hvězdy o hmotnosti řádově 150 hmotností Slunce nebo více by mohly explodovat jako hypernova. Tyto bestie neexplodují kvůli kolapsu jádra, ale spíše kvůli efektu známému jako nestabilita páru, kdy se v jádru vytvořily srážky fotonů vytvořit páry elektronů a pozitronů.
Tato nová studie naznačuje, že horní hranice hmotnosti supernov s kolapsem jádra může být mnohem nižší, než jsme si mysleli. Tým se zabýval elementárním výskytem dvojice srážkových galaxií známých jako Arp 299. Protože galaxie jsou v procesu srážky, je tato oblast ohniskem supernov. V důsledku toho by elementární abundance Arp 299 měly být do značné míry závislé na elementech odvržených při explozích supernov. Měřili poměr hojnosti železa ke kyslíku a poměry neonu a hořčíku ke kyslíku. Zjistili, že poměry Ne/O a Mg/O byly podobné jako u Slunce, zatímco poměr Fe/O byl mnohem nižší než sluneční hladiny. Železo do vesmíru nejúčinněji vrhají velké supernovy.
Snímek z HST srážející se galaxie známé jako Arp 299. Uznání: NASA, ESA, Hubble Heritage Collaboration a A. Evans
Poměry, které tým pozoroval, neodpovídaly standardním modelům kolapsu jádra, ale zjistili, že data dobře odpovídají modelům supernov, pokud vyloučíte supernovu o hmotnosti 23 – 27 slunečních hmotností. Jinými slovy, pokud se hvězdy zhroutí do černých děr nad hmotností asi 27 Sluncí, pak se modely a pozorování shodují.
Tato práce přesvědčivě nedokazuje, že horní hmotnostní limit pro supernovy je menší, než jsme si mysleli. Je také možné, že supernovy produkují vyšší hladiny neonu a hořčíku, než modely předpovídají. Ať tak či onak, je jasné, že se o posledních umírajících vzdechů velkých hvězd máme ještě hodně co učit.
Odkaz:Mao, Junjie a spol.' Elementární hojnost horké atmosféry světelné infračervené galaxie Arp 299 .'The Astrophysical Journal Letters918,1 (2021): L17.
