W miarę rozwoju zjawisk astronomicznych supernowe są jednymi z najbardziej fascynujących i spektakularnych. Proces ten zachodzi, gdy niektóre rodzaje gwiazd osiągają koniec swojego życia, gdzie wybuchają i zrzucają swoje zewnętrzne warstwy. Dzięki pokoleniom badań astronomowie byli w stanie sklasyfikować większość zaobserwowanych supernowych do jednej z dwóch kategorii (typu I i typu II) i ustalić, jakie rodzaje gwiazd są progenitorami dla każdej z nich.
Jednak do tej pory astronomowie nie byli w stanie ustalić, który typ gwiazdy ostatecznie prowadzi do supernowej typu Ic - specjalnej klasy, w której gwiazda ulega zapadnięciu się jądra po pozbawieniu wodoru i helu. Ale dzięki wysiłkom dwóch zespołów astronomów, którzy przeszukali dane archiwalne z Kosmiczny teleskop Hubble, naukowcy odkryli od dawna poszukiwaną gwiazdę, która powoduje tego rodzaju supernową.
Zasadniczo uważa się, że supernowe typu I powstają z układów podwójnych składających się z białego karła i gwiazdy towarzyszącej, krążących blisko siebie. Z czasem biały karzeł zacznie wysysać materiał z towarzysza, aż do osiągnięcia masy krytycznej. Zapakowany biały karzeł doświadcza następnie zapadnięcia się rdzenia i eksploduje w niewiarygodnie jasny wybuch materiału i energii.
W przypadku supernowych typu Ic, które stanowią około 20% masywnych gwiazd, które wybuchają po zapadnięciu się rdzenia, gwiazda straciła zewnętrzną warstwę wodoru i większość helu. Uważa się, że te gwiazdy należą do najbardziej masywnych znanych - z co najmniej 30 masami Słońca - i pozostają jasne nawet po zrzuceniu ich zewnętrznych warstw. Dlatego tajemnicą było, dlaczego astronomowie nie byli w stanie dostrzec jednego przed przejściem do supernowej.
Na szczęście w 2017 r. Zaobserwowano supernową typu Ic w gromadzie młodych gwiazd w galaktyce spiralnej NGC 3938, oddalonej o około 65 milionów lat świetlnych. Pierwszego odkrycia dokonali astronomowie w Obserwatorium Tenagra w Arizonie, ale dwa zespoły astronomów zwróciły się do Hubble aby wskazać dokładną lokalizację źródła.
Pierwszy zespół, kierowany przez Schuyler D. Van Dyk - starszy naukowiec z Caltech's Infrared Processing and Analysis Center (IPAC) - zobrazował młodą supernową w czerwcu 2017 r. Hubble'a Kamera szerokokątna 3 (WFC 3). Następnie wykorzystali ten obraz, aby zlokalizować kandydata na przodka w archiwum Hubble zdjęcia wykonane NGC 3938 w grudniu 2007 roku.
Drugi zespół, kierowany przez Charlesa Kilpatricka z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz, obserwował supernową w czerwcu 2017 r. Na zdjęciach w podczerwieni za pomocą jednego z 10-metrowych teleskopów w W.M. Obserwatorium Kecka na Hawajach. Zespół przeanalizował to samo archiwum Hubble zdjęcia jako zespół Van Dyk, aby odkryć możliwe źródło.
Oba zespoły opublikowały badania wskazujące, że progenitor był prawdopodobnie niebieskim nadolbrzymem znajdującym się w jednym ze spiralnych ramion NGC 3938. Jak wskazał Van Dyk w ostatniej informacji prasowej NASA, „Znalezienie bona fide progenitora supernowej Ic to wielka nagroda za wyszukiwanie progenitorów. Po raz pierwszy mamy wyraźnie wykryty obiekt kandydujący. ”
Fakt, że supernowa (oznaczona jako SN 2017ein) została wykryta w pierwszej kolejności, był również dość szczęśliwy, jak wyjaśnił Kilpatrick:
„Mieliśmy szczęście, że supernowa znajdowała się w pobliżu i była bardzo jasna, około 5 do 10 razy jaśniejsza niż inne supernowe typu Ic, co mogło ułatwić znalezienie progenitora. Astronomowie zaobserwowali wiele supernowych typu Ic, ale są zbyt daleko, aby Hubble mógł je rozwiązać. Aby odejść, potrzebujesz jednej z tych masywnych, jasnych gwiazd w pobliskiej galaktyce. Wygląda na to, że większość supernowych typu Ic jest mniej masywna, a zatem mniej jasna, i dlatego nie byliśmy w stanie ich znaleźć ”.
W oparciu o ocenę progenitora oba zespoły zaoferowały dwie możliwości identyfikacji źródła. Z jednej strony zasugerowali, że może to być pojedyncza, potężna gwiazda o masie od 45 do 55 mas Słońca, która paliła się bardzo jasno i gorąco, powodując, że wypaliła swoje zewnętrzne warstwy wodoru i helu przed upadkiem grawitacyjnym.
Drugą możliwością było to, że progenitor był masywnym układem podwójnym złożonym z gwiazdy o masie między 60 a 80 mas Słońca i towarzysza o masie 48 mas Słońca. W tym scenariuszu bardziej masywna gwiazda została pozbawiona swoich warstw wodoru i helu przez swojego towarzysza, zanim eksplodowała jako supernowa.
Druga możliwość była nieco niespodzianką, ponieważ astronomowie nie oczekują tego na podstawie aktualnych modeli. Jeśli chodzi o supernowe typu I, astronomowie oczekują, że układy podwójne będą składały się z gwiazd o mniejszej masie, zazwyczaj gwiazdy neutronowej z towarzyszem, który opuścił swoją główną sekwencję i rozszerzył się, by stać się czerwonym gigantem.
Odkrycie tego progenitora rozwiązuje zatem zagadkę dla astronomów. Od pewnego czasu wiedzą, że supernowe typu Ic miały niedobór wodoru i helu i nie byli pewni, dlaczego. Jednym z możliwych wyjaśnień było to, że zostały one usunięte przez silny wiatr naładowanych cząstek. Ale nigdy nie znaleziono na to dowodów.
Inna możliwość dotyczyła bliskich orbitujących par binarnych, w których jedna gwiazda została zdjęta z zewnętrznych warstw przed wybuchem. Ale w tym przypadku odkryli, że gwiazda pozbawiona materiału wciąż była na tyle masywna, że ostatecznie eksplodowała jako supernowa typu Ic.
Jak wyjaśnił Ori Fox, badacz z Space Telescope Science Institute (STSI) w Baltimore i członek zespołu Van Dyk:
„Rozplątanie tych dwóch scenariuszy wytwarzania supernowych typu Ic wpływa na nasze zrozumienie ewolucji gwiazd i formowania gwiazd, w tym na to, w jaki sposób masy gwiazd są rozmieszczone, gdy się rodzą, i ile gwiazd powstaje w oddziaływujących układach podwójnych. I to są pytania, które nie tylko astronomowie badający supernowe chcą wiedzieć, ale wszyscy astronomowie ich szukają. ”
Obie drużyny wskazały również, że nie będą w stanie potwierdzić tożsamości gwiazdy progenitorowej, dopóki supernowa nie zniknie za około dwa lata. W tej chwili mają nadzieję korzystać z NASA Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST), którego uruchomienie planowane jest na 2021 r., Aby sprawdzić, czy progenitor jest nadal bardzo jasny (zgodnie z oczekiwaniami) i dokonać dokładniejszych pomiarów jego jasności i masy.
To najnowsze odkrycie nie tylko wypełnia niektóre dziury w naszej wiedzy o tym, jak zachowują się niektóre gwiazdy, gdy osiągną koniec swojej głównej fazy sekwencji, ale także daje astronomom okazję dowiedzieć się więcej o tworzeniu i ewolucji gwiazd w naszym Wszechświecie . Kiedy w nadchodzących latach pojawią się teleskopy nowej generacji, astronomowie mają nadzieję uzyskać istotny wgląd w te pytania.
Badanie prowadzone przez Van Dyk, zatytułowane „SN 2017ein i możliwa pierwsza identyfikacja progenitora supernowej typu Ic” pojawiło się w The Astrophysical Journal w czerwcu. Drugie badanie, „Potencjalny prototyp dla supernowej typu Ic 2017ein”, pojawiło się w Miesięczne zawiadomienia Royal Astronomical Society w zeszłym październiku.
