Pro dítě uvnitř nás všech vesmírných nadšenců nemusí být nic lepšího než objevit nový typ exploze. (Možná kromě větších raket.) A vypadá to, že se to stalo. Tři objekty objevené samostatně – jeden v roce 2016 a dva v roce 2018 – tvoří nový typ supernovy, kterou astronomové nazývají Fast Blue Optical Transients (FBOT).
Supernovy jsou něco jako ohnivé autonehody: nemůžeme si pomoct a dívat se na ně. Jsou ohnivým výbuchem na konci života hvězdy. V průběhu let je astronomové pozorovali a jejich pozůstatky, pochopili je a zařadili je do skupin.
Ale v roce 2018 astronomové pozorovali jednu supernovu, která nezapadala do žádné skupiny. Říkalo se tomu AT2018cow, neboli „The Cow“. Kráva si získala velkou pozornost astronomů z celého světa. Zpočátku byl neobvykle jasný, rozjasnil se a pak velmi rychle zmizel.
Dva další hvězdné exploze, jeden v roce 2016 a jeden v roce 2018, také upoutaly pozornost astronomické komunity z podobných důvodů. Byly nazývány CSS161010 a ZTF18abvkwla („Koala“). Koala vykazovala extrémně jasné rádiové emise, jasné jako a gama záblesk (GRB). A CSS161010 vyvrhlo do vesmíru abnormální množství materiálu poloviční rychlostí světla.
'Když jsem zredukoval data, myslel jsem, že jsem udělal chybu.'
Anna Ho, Caltech
Tyto výsledky jsou publikovány ve dvou samostatných článcích.
Jedna se jmenuje „ Mírně relativistický výtok z energetického, rychle rostoucího modrého optického přechodného jevu CSS161010 v trpasličí galaxii .“ Hlavní autorkou je Deanne Coppejansová z Northwestern University. Je publikován v The Astrophysical Journal Letters.
Druhý se jmenuje „ Koala: Rychlý modrý optický přechodový jev se světelnou radiovou emisí z trpasličí galaxie Starburst při z = 0,27 .“ Hlavní autorkou je Anna Ho z Caltechu. Je publikován v The Astrophysical Journal.
Supernovy CSS a koaly byly objeveny automatickými průzkumy oblohy v optickém světle. CSS s/n je v galaxii asi 500 milionů světelných let daleko a Koala je v galaxii asi 3,4 miliardy světelných let daleko. Obě tyto hostitelské galaxie jsou malé trpasličí galaxie.
SN2018 kráva byla objevena v roce 2018 také automatizovaným průzkumem oblohy. Kráva je asi 200 milionů světelných let daleko a je také v trpasličí galaxii.
Umělcův dojem supernovy. Když hvězda hmotnější než naše Slunce dosáhne konce svého života, může explodovat jako supernova. Snížená fúze v jejím jádru již nemůže unést hmotu hvězdy a vlastní gravitace hvězdy způsobí kolaps jádra a explozi hvězdy. Kredit: NASA
Při studiu koaly si hlavní autorka Anna Ho hned všimla překvapivě vysokých úrovní rádiových emisí. V tisková zpráva , řekla: 'Když jsem zredukovala data, myslela jsem si, že jsem udělala chybu.'
CSS161010 bylo také překvapivé, i když zpočátku z jiného důvodu. Spoluautorka této studie, Raffaella Marguttiová z Northwestern University, v tiskové zprávě uvedla: 'Trvalo téměř dva roky, než jsme zjistili, na co se díváme jen proto, že to bylo tak neobvyklé.'
Po dalších pozorováních se ukázalo, že CSS i Koala sdílejí podobnosti s The Cow. Nazvali je Fast Blue Optical Transients a představují nový typ hvězdné exploze, který se liší od ostatních známých typů.
FBOT začínají velmi podobně jako jiné typy supernov. Když velká hvězda – hmotnější než naše Slunce – dosáhne konce svého života normální fúze, již nemůže udržet své jádro proti své vlastní gravitaci. Hvězda exploduje a vyvrhne své vnější vrstvy do vesmíru a zanechá za sebou jen zbytek. Existují různé varianty toho, jak se různé typy supernov mění, ale to je pohled na nejvyšší úroveň supernovy s kolapsem jádra.
FBOT se ale liší v tom, co se stane po výbuchu.
Obvykle, jakmile vybuchne supernova s kolapsem jádra, vyšle tlakovou vlnu do vesmíru všemi směry jako kouli, která se pohybuje směrem ven. To může zanechat černou díru nebo neutronovou hvězdu jako zbytek supernovy. V některých případech se kolem zbytku může na krátkou dobu vytvořit rotující disk materiálu – akreční disk. Tento rotující disk může způsobit výtrysky hmoty do vesmíru v opačných směrech a tyto výtrysky mohou produkovat úzké paprsky gama paprsků: gama záblesky.
Umělecká ilustrace hvězdy, která spojuje lehčí prvky s těžšími a blíží se ke konci svého splynutí. Nakonec fúze hvězdy již nemůže podporovat jádro proti vlastní gravitaci hvězdy a exploduje. Kolem zbytku supernovy se může vytvořit disk rotujícího materiálu, který může vysílat paprsky energie; záblesk gama záření. Společně se hte disk, trysky a gama paprsky nazývají „motor“. Obrazový kredit: Národní vědecká nadace, Attribution, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2768651
Celý fenomén rotujícího disku, trysek a gama paprsků se nazývá „motor“.
Rozdíl oproti FBOT je v tom, že akreční disk je obklopen hustým oblakem hmoty. Astronomové se domnívají, že hmota přišla z povrchu hvězdy před explozí, pravděpodobně ji odtáhla z hvězdy doprovodná hvězda.
Když tlaková vlna ze supernovy zasáhne tento tlustý materiál, způsobí neobvykle jasný záblesk viditelného světla na začátku supernovy, který na prvním místě přitáhl pozornost astronomů. Tento počáteční jasný výbuch vedl k názvu Fast Blue Optical Transient.
V článku vedeném Ho autoři píší, že „Před kolapsem jádra mohou masivní hvězdy utrpět hmotnostní ztrátu prostřednictvím stálého větru nebo erupčních epizod (Smith 2014 ). Výsledkem je, že hvězda může být v době exploze obklopena hustým, nedávno vyvrženým materiálem. Pokud je tento materiál opticky tlustý, zvětšuje efektivní poloměr hvězdy a prodlužuje světelnou křivku z nárazu.“
Umělcova koncepce ilustruje jevy, které tvoří novou třídu kosmických explozí nazvaných Fast Blue Optical Transients.
Kredit: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF
Když výbuch zasáhl materiál, způsobil také jasný výbuch rádiových vln. Podle astronomů tento mimořádně jasný rádiový záblesk signalizoval, že pracuje motor.
Plášť z hustého materiálu „znamená, že progenitorová hvězda se liší od těch, které vedou k zábleskům gama záření,“ řekl Ho. tisková zpráva . Astronomové řekli, že v Cow a CSS161010 hustý materiál obsahoval vodík, něco, co nikdy nebylo vidět v záblescích gama záření.
Astronomové se poté obrátili na Keck Observatory. Tato pozorování ukázala, že všechny tři tyto FBOT jsou spíše v menších trpasličích galaxiích než ve větších typech. Zatím není jisté, co tato skutečnost znamená.
Samozřejmě je stále spousta otázek.
Přestože všechny tři tyto FBOT mají centrální motory, je příliš brzy na to, abychom vůbec usuzovali, že jsou všechny supernovy. Černé díry by mohly vytvořit stejné motory rozdrcením hvězd. Ale astronomové jsou mnohem jistější, že za to mohou supernovy, spíše než černé díry.
Snímek z místa VLT ESO, ukazující Mléčnou dráhu a Velká a Malá Magellanova mračna vlevo. Magellanova mračna jsou obě trpasličí galaxie. Obrazový kredit: ESO/Y. Beletsky – http://www.eso.org/public/images/potw1114a/, CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=14788791
Ačkoli by pro tyto FBOTS mohli existovat různí předci, možná černé díry, existují určité náznaky, že se skutečně jedná o hvězdy, které se stávají supernovou. Jeden z nich pochází z koaly a galaxie, ze které vzešel. Velmi nedávno tato galaxie zažila výrazný výbuch hvězdné formace. Podle astronomů stojících za studií Koala je díky tomu pravděpodobnější progenitor masivní hvězdy než progenitor černé díry.
„Je pozoruhodné, že data Keck ukázala, že hostitelské galaxie CSS161010, ‚Koala‘ a ‚Krava‘, i když jsou malé, aktivně tvoří hvězdy, což naznačuje, že jejich domovská základna má velmi malou hvězdnou hmotnost typickou pro trpasličí galaxie,“ řekl spol. - autor Giacomo Terreran z Northwestern University.
'To pravděpodobně naznačuje, že vlastnosti trpasličích galaxií, jako je metalicita nebo historie formování, mohou umožnit některé velmi vzácné evoluční cesty hvězd, které vedou k nejnásilnějším explozím,' dodal Coppejans.
Autoři stojící za studií CSS161010 mají podobný závěr. Ve svém článku poukazují na to, že toto narušení přílivu černou dírou není pravděpodobnou příčinou FBOT CSS161010: „Trpasličí hostitelská galaxie CSS161010 je nejméně -10krát méně hmotná než jakýkoli jiný potvrzený hostitel TDE.“ Stručně řečeno, trpasličí galaxie nemusí být dostatečně hmotné, aby hostily dostatečně hmotnou černou díru, aby způsobily FBOT.
Snímek kulové hvězdokupy Mayall 2 z Hubbleova vesmírného dalekohledu. Tato kupa může ve svém středu hostit jednu z nepolapitelných středně hmotných černých děr. Obrazový kredit: Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1185511
Nikdo nemůže zcela eliminovat narušení přílivu ze středně velkých černých děr (IMBH) jako příčinu těchto FBOT. Ale samotné IMBH je těžké najít, a pokud způsobují FBOT, pak by FBOT mohly být tím, jak jich astronomové najdou více. 'Jedna myšlenka je, že FBOT by mohly být zábleskem hvězdy roztrhané na kusy černou dírou střední hmotnosti.' Pokud je to tak, pak by to mohly být potenciálně majáky, které pomohou najít tyto nepolapitelné černé díry,“ řekla spoluautorka CSS161010 Rafaella Margutti, odborná asistentka fyziky a astronomie na Northwestern University.
Aby si byli jisti, budou muset najít a prostudovat více FBOT. 'Pozorování více FBOT a jejich prostředí na tuto otázku odpoví,' řekl Margutti.
Může se ukázat, že najít více FBOTS nebude mimořádně obtížné díky jejich jasným rádiovým zábleskům. Nadcházející Průzkumný dalekohled Vera Rubin je připravena objevit spoustu supernov: možná najde nějaké FBOT.
Graf z papíru zkoumajícího Koalu. Porovnává rádiové emise z Koala, The Cow a CSS161010 a dalších zdrojů rádiových emisí. Žluté čáry jsou záblesky gama záření, fialové čáry jsou události narušení slapu (když černá díra zničí hvězdu), světle modré jsou supernovy a červené jsou dalším konkrétním typem supernov. Tři černé čáry představují tři FBOT a znázorňují jasné rádiové emise. Obrazový kredit: Ho et al, 2020.
„Zatímco se ukázalo, že FBOT jsou vzácnější a obtížněji se hledají, než někteří z nás doufali, v rádiovém pásmu jsou také mnohem svítivější, než jsme předpokládali, což nám umožňuje poskytovat poměrně komplexní údaje i o událostech, které jsou daleko,“ řekl Daniel Perley, spoluautor článku o Koale, z Liverpool John Moores University.
Více:
- Tisková zpráva: Astronomové objevují novou třídu kosmických explozí
- Výzkumný papír: Mírně relativistický výtok z energetického, rychle rostoucího modrého optického přechodného jevu CSS161010 v trpasličí galaxii
- Výzkumný papír: Koala: Rychlý modrý optický přechodový jev se světelným rádiovým vyzařováním z trpasličí galaxie s výbuchem hvězd vS= 0,27