Nebýt zbytků supernov, neměli bychom mnoho znalostí o samotných supernovách. Pokud je výbuch supernovy koncem života hvězdy, můžeme také poděkovat forenzní astrofyzice za mnohé z našich znalostí. Masivní explodující hvězdy za sebou zanechávají brilantní a fascinující důkazy o svých katastrofických koncích a mnoho z toho, co víme o supernovách, pochází spíše ze studia zbytků než samotných výbuchů. Zbytky supernovy jako např Krabí mlhovina a SN 1604 (Keplerova supernova) jsou některé z našich nejvíce studovaných objektů.
Pozorování aktivní supernovy v sevření vlastního zničení může být obtížné. Ale vypadá to, že Hubbleův vesmírný dalekohled je na to.
Nedávno tým vědců použil data z Hubblea spolu s dalšími pozorováními, aby nám poskytl podrobný pohled na začátek konce jedné masivní hvězdy, která se šíří jako supernova. Jmenuje se SN 2020fqv a je asi 60 milionů světelných let daleko v tom, co je známé jako interagující motýlí galaxie (NGC 4567 a NGC 4568.)
Tým zveřejnil svá zjištění v dokumentu s názvem „ Progenitor a blízké Circumstellar Medium of Type II Supernova 2020fqv z vysokokadenční fotometrie a ultra rychlé UV spektroskopie .“ Je to zveřejněno v Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Hlavním autorem je Samaporn Tinyanont, postdoktorand na UC Santa Cruz.
Explodující hvězda byla poprvé spatřena Přechodné zařízení Zwicky a astronomové si také uvědomili, že NASA TESS ( Satelit pro průzkum přechodných exoplanet ) pozoroval supernovu, která se náhodou nacházela v aktivní pozorovací oblasti satelitu. Zatímco obě tato zařízení jsou dobrá při hledání věcí, jako jsou supernovy, nejsou skvělá v jejich podrobném studiu. (Hlavním úkolem TESS je hledání exoplanet, ale zaznamenala mnoho supernov. Ve skutečnosti článek vydaný před rokem Astronomové předpověděli, že TESS by mohla hrát roli při detekci supernovy v těchto raných fázích ničení.) Výbuchy supernov jsou velkým problémem ve světě astronomie/astrofyziky, takže astronomové spěchali, aby nasměrovali HST a další pozemní zařízení na SN 2020fqv .
To se ukázalo jako velmi šťastná událost. Astronomové byli schopni vidět hvězdu v nejranějších fázích ničení. Pozoruhodné je, že HST sondoval cirkumstelární médium (CSM) z exploze pouhé hodiny poté, co k ní došlo. Vesmírný dalekohled zachytil své první spektrum CSM pouhých 26 hodin po explozi hvězdy. Tento materiál byl odfouknut z hvězdy v jejích posledních dnech a všechna tato pozorování pomohla astronomům pochopit, co se stane se supernovou těsně před její smrtí.
'Zřídkakdy se nám podaří prozkoumat tento velmi blízký cirkumstelární materiál, protože je viditelný pouze velmi krátkou dobu a obvykle začneme pozorovat supernovu až několik dní po explozi,' vysvětlil hlavní autor Tinyanont v A tisková zpráva . 'U této supernovy jsme byli schopni provést ultrarychlá pozorování pomocí HST, což poskytlo bezprecedentní pokrytí oblasti přímo u hvězdy, která explodovala.'
Tento údaj ze studie představuje časovou osu pozorování SN 2020fqv. Všimněte si velkého množství pozorování TESS a prvního spektra pouhých 26 hodin po explozi. TESS pozorovala supernovu před jejím objevením, protože TESS už byla namířena tímto směrem. STIS je zobrazovací spektrograf pro kosmický dalekohled; COS je Cosmic Origin Spectrograph; HST ToO je příležitostným cílem Hubbleova vesmírného dalekohledu.
Masivní hvězdy uvolňují na konci svého života hodně hmoty. Tento materiál tvoří cirkumstelární médium (CSM) obklopující hvězdu. CSM však není nikdy jednotná; existují různé profily hustoty, různé fyzické rozsahy a různá množství hmoty. A různé procesy, jako jsou hvězdné větry, nestabilita jaderného spalování uvnitř samotné hvězdy a interakce s jakýmikoli binárními společníky, vytvářejí tyto rozdíly.
Existuje nejistota ohledně toho, jak se všechny tyto procesy odehrávají v supernově, a je to důležitá oblast studia v astrofyzice. SN 2020fqv dává astrofyzikům šanci studovat, jak všechny tyto procesy formují CSM, což jim zase říká hodně o progenitorové hvězdě, včetně její vnitřní struktury a jejího původu.
Pozorování HST SN 2020fqv sahají do 90. let a tým použil tato data ve své studii. TESS také pozoruje supernovu a její pozorování se datuje několik dní před explozí. TESS pořizoval snímky hvězdy každých třicet minut po dobu trvání exploze a několik týdnů poté. Jakmile astronomové objevili explozi supernovy, namířili na ni také HST. S desetiletími dat v ruce a novými podrobnými pozorováními cirkumstelárního materiálu kolem hvězdy vytvořil tým výzkumníků roky dlouhý záznam procesu exploze supernovy.
Tyto snímky TESS ze studie ukazují některé detekční práce, které byly součástí výzkumu. Obraz prochází redukčními fázemi od nezpracovaných po rozdílové obrazy. Nezpracovaný snímek ukazuje přítomnost pásků detektoru a veškeré rozptýlené světlo v důsledku orientace TESS v okamžiku snímku. Obrázek na pozadí je obrázek na pozadí přístroje, který stále zobrazuje popruhy a rozptýlené světlo. Odečtený snímek na pozadí ukazuje oblohu a rozdílový snímek používá snímek před výbuchem k odečtení hostitelské galaxie supernovy, přičemž uvnitř červeného kruhu zůstane pouze SN 2020fqv. Obrazový kredit: Tinyanont et al 2021.
„Mluvili jsme o práci supernovy, jako bychom byli vyšetřovatelé na místě činu, kde jsme se objevili poté, co jsme se dozvěděli, a pokusili se zjistit, co se s tou hvězdou stalo,“ vysvětlil Ryan Foley z Kalifornské univerzity v Santa Cruz. tým, který učinil tento objev. 'Toto je jiná situace, protože opravdu víme, co se děje, a ve skutečnosti vidíme smrt v reálném čase.'
'Nyní máme celý tento příběh o tom, co se děje s hvězdou v letech před její smrtí, přes čas smrti a poté o jejích následcích,' řekl Foley. 'Toto je opravdu nejpodrobnější pohled na hvězdy, jako je tato, v jejich posledních okamžicích a jak explodují.'
Kritickým faktem při studiu supernov nebo jakýchkoli hvězd je jejich hmotnost. Život hvězdy je předpovězen její počáteční hmotností. Podrobná pozorování exploze SN 2020fqv dala astronomům možnost změřit její hmotnost třemi různými způsoby, které se všechny vzájemně shodovaly: teoretické modely, obsah kyslíku a archivní snímky. Pochopení hmotnosti supernovy je zásadní pro pochopení samotného procesu supernovy. V tomto případě je hmotnost hvězdy asi 14 až 15krát větší než hmotnost Slunce.
Protože o SN 2020fqv je tolik údajů, zejména údajů o podmínkách bezprostředně po explozi, tým hovoří o supernově jako o Rosettská deska .
„Lidé hodně používají termín ‚Rosetta Stone‘. Ale toto je poprvé, co jsme byli schopni ověřit hmotnost pomocí těchto tří různých metod pro jednu supernovu a všechny jsou konzistentní,“ řekl Tinyanont. 'Nyní můžeme pokročit vpřed pomocí těchto různých metod a jejich kombinací, protože existuje mnoho dalších supernov, kde máme hmotnosti z jedné metody, ale ne z jiné.'
Umělecký dojem z hvězdy, která se šíří jako supernova, vrhající svůj chemicky obohacený obsah do vesmíru. Poděkování: NASA/Swift/Skyworks Digital/Dana Berry
Pokud je SN 2020fqv svým způsobem Rosetta Stone, pak by mohla sloužit jako varování, když se jiné hvězdy stanou supernovou. V letech před výbuchem supernovy se hvězda stává aktivnější. Jejich svítivost může kolísat a mohou prolévat materiál. Například Betelgeuse se v posledních letech chovala podivně a astronomové přemýšleli, zda se neblíží k výbuchu. (Astronomové však našli další vysvětlení pro Betelgeusesovo chování a neočekávají, že by v dohledné době explodovalo.)
'To by mohl být varovný systém,' řekl Foley. 'Takže pokud vidíte, že se hvězda začíná trochu třást, začněte jednat, pak bychom možná měli věnovat více pozornosti a skutečně se pokusit pochopit, co se tam děje, než to exploduje.' Jak nacházíme stále více těchto supernov s tímto druhem vynikajících dat, budeme schopni lépe porozumět tomu, co se děje v posledních několika letech života hvězdy.“
SN 2020fqv je supernova s kolapsem jádra (CCSN). Je to typ II-P, který je nejběžnějším podtypem CCSN. P v názvu znamená náhorní plošina. Odkazuje na to, jak se jejich světelné křivky po určitou dobu po výbuchu vyrovnají, což je odlišuje od ostatních supernov typu II. Ale jejich shoda nevedla k úplnému porozumění. Nedávná pozorování typu II-P odhalila nevysvětlitelné jevy, které naše současné modely nedokážou vysvětlit.
Tato práce, která je zvláště dobře informovaná díky pozorování s vysokou kadenci ze strany TESS, by mohla pomoci vysvětlit některé z těchto jevů. Podle autorů to rozhodně ukazuje, že v pozdní fázi vývoje hmotných hvězd je složitější, než jsme si mysleli.
Nadcházející observatoř Vera Rubin by měla poskytnout velkou podporu našemu chápání supernov, jako je SN 2020fqv. „… Observatoř Vera Rubin bude schopna produkovat vícepásmové světelné křivky všech SNe II-P až do asi 400 Mpc, což umožní skutečně systematické studium interakcí CSM kolem SNe II-P,“ píší autoři ve svém závěru. .
Tato studie zahrnuje určité štěstí. Data z HST na SN 2020fqv sahají několik let zpět a jak tato data, tak i pozorování HST s rychlou odezvou pomohly tuto práci uskutečnit.
Teleskop Vera Rubin a další připravovaná zařízení mohou v mnoha ohledech překonat Hubble. Ale lidé, kteří navrhli a postavili HST a prosadili projekt, ukazují, že jejich předvídavost se nadále vyplácí.
Naše rostoucí znalosti o supernovách a mnoha dalších jevech ukazují, že Hubbleův příspěvek je stále kritický.
Více:
- Tisková zpráva: Hubble poskytuje bezprecedentní, raný pohled na zničení hvězdy odsouzené k zániku
- Publikovaný výzkum: Progenitor a blízké Circumstellar Medium of Type II Supernova 2020fqv z vysokokadenční fotometrie a ultra rychlé UV spektroskopie
- Vesmír dnes: Supernova explodovala nebezpečně blízko Země před 2,5 miliony let