Od prawie wieku astronomowie z zainteresowaniem badają supernowe. Te cudowne wydarzenia mają miejsce, gdy gwiazda wkracza w ostatnią fazę swojego życia i zapada się, lub zostaje odarta przez gwiazdę towarzyszącą jej zewnętrznych warstw do punktu, w którym ulega zapadnięciu się jądra. W obu przypadkach to wydarzenie zwykle prowadzi do masowego uwolnienia materiału kilka razy większego niż masa naszego Słońca.
Jednak międzynarodowy zespół naukowców był ostatnio świadkiem supernowej, która była zaskakująco słaba i krótka. Ich obserwacje wskazują, że supernowa została spowodowana przez niewidzialnego towarzysza, prawdopodobnie gwiazdę neutronową, która zrzuciła swojego towarzysza materiału, powodując jego zapadnięcie się i przejście do supernowej. Dlatego po raz pierwszy naukowcy byli świadkami narodzin zwartego układu podwójnego gwiazdy neutronowej.
Badanie, zatytułowane „Gorąca i szybka supernowa supernowa, która prawdopodobnie utworzyła zwartą układ podwójny gwiazdy neutronowej”, niedawno pojawiło się w czasopiśmie Nauka. Badanie było prowadzone przez Kishalay De, absolwenta Wydziału Astrofizyki Caltecha, i obejmowało członków NASA Goddard Space Flight Center i Jet Propulsion Laboratory, The Weizmann Institute of Science, Max Planck Institute for Astrophysics, Lawrence Berkeley National Laboratory oraz wiele uniwersytetów i obserwatoriów.
Badania zespołu prowadzone były przede wszystkim w laboratorium Mansi Kasliwal, adiunkta astronomii w Caltech i współautora badań. Jest także głównym badaczem prowadzonego przez Caltech projektu Global Relay of Observatories Watching Transients Happen (GROWTH), międzynarodowej współpracy astronomicznej, która koncentruje się na badaniu fizyki zjawisk przejściowych (krótkotrwałych) - tj. Supernowych, gwiazd neutronowych, czerni fuzje dziur i asteroidy ziemskie.
Na potrzeby swoich badań zespół zaobserwował wydarzenie supernowej znane jako iPTF 14gqr, które pojawiło się na obrzeżach galaktyki spiralnej około 920 milionów lat świetlnych od Ziemi. W trakcie swoich obserwacji zauważyli, że supernowa spowodowała uwolnienie stosunkowo niewielkiej ilości materii - około jednej piątej masy Słońca. Było to dość niespodzianką, jak wskazał Kasliwali w niedawnej informacji prasowej Caltech:
„Widzieliśmy zapadanie się jądra tej masywnej gwiazdy, ale widzieliśmy niezwykle małą masę wyrzucaną. Nazywamy to supernową o ultra-okrywowej kopercie i od dawna przewidywano, że istnieją. Po raz pierwszy przekonująco widzieliśmy zapadanie się jądra masywnej gwiazdy, która jest tak pozbawiona materii. ”
To wydarzenie było niezwykłe, ponieważ aby gwiazdy mogły się zapaść, ich rdzenie musiały zostać wcześniej otoczone przez ogromne ilości materiału. Rodziło to pytanie, gdzie mogły zniknąć gwiazdy bez masy. Na podstawie swoich obserwacji ustalili, że zwarty towarzysz (biały karzeł lub gwiazda neutronowa) musiał go z czasem wyssać.
Ten scenariusz prowadzi do supernowych typu I, które występują w układzie podwójnym złożonym z gwiazdy neutronowej i czerwonego giganta. W tym przypadku zespół nie był w stanie dostrzec towarzysza gwiazdy neutronowej, ale stwierdził, że musiał on uformować się na orbicie z drugą gwiazdą, tworząc w ten sposób oryginalny układ podwójny. W efekcie oznacza to, że obserwując iPTF 14gqr, zespół był świadkiem narodzin układu podwójnego złożonego z dwóch zwartych gwiazd neutronowych.
Co więcej, fakt, że te dwie gwiazdy neutronowe są tak blisko siebie, oznacza, że ostatecznie połączą się w wydarzeniu podobnym do tego, które miało miejsce w 2017 roku. Fuzja ta, znana jako „wydarzenie kilonova”, była pierwszym kosmicznym wydarzeniem, które miało miejsce oglądany zarówno w falach grawitacyjnych, jak i elektromagnetycznych. Dalsze obserwacje wykazały również, że połączenie prawdopodobnie doprowadziło do powstania czarnej dziury.
Stwarza to szanse na przyszłe ankiety, które będą oglądać iPTF 14gqr, aby sprawdzić, czy kolejne wydarzenie kilonova spowoduje i stworzy kolejną czarną dziurę. Co więcej, fakt, że zespół był w stanie obserwować to wydarzenie, był dość szczęśliwy, biorąc pod uwagę, że zjawiska te są zarówno rzadkie (stanowią zaledwie 1% zdarzeń supernowych) i krótkotrwałe. Jak wyjaśnił De:
„Potrzebujesz szybkich badań przejściowych i dobrze skoordynowanej sieci astronomów na całym świecie, aby naprawdę uchwycić wczesną fazę supernowej. Bez danych w powijakach nie moglibyśmy dojść do wniosku, że eksplozja musiała powstać w zapadającym się jądrze masywnej gwiazdy o powłoce około 500 razy większej od promienia Słońca. ”
Wydarzenie to zostało po raz pierwszy wykryte przez Obserwatorium Palomar w ramach pośredniej fabryki Palomar Transient Factory (iPTF) - współpracy naukowej, w której obserwatoria na całym świecie monitorują kosmos pod kątem krótkotrwałych zdarzeń kosmicznych, takich jak supernowe. Dzięki przeprowadzaniu nocnych badań przez iPTF teleskop Palomar był w stanie wykryć iPTF 14gqr wkrótce po tym, jak przeszedł do supernowej.
Współpraca zapewniła również, że gdy teleskop Palomar nie będzie już w stanie go zobaczyć (z powodu obrotu Ziemi), inne obserwatoria będą w stanie monitorować go i śledzić jego ewolucję. Patrząc w przyszłość, Zwicky Transient Facility (który jest następcą Obserwatorium Palomar dla iPTF) będzie przeprowadzał jeszcze częstsze i szersze badania nieba, mając nadzieję na wykrycie większej liczby tych rzadkich zdarzeń.
Ankiety te, w koordynacji z wysiłkami podejmowanymi przez sieci takie jak GROWTH, umożliwią astronomom zbadanie ewolucji kompaktowych układów podwójnych. Doprowadzi to do lepszego zrozumienia nie tylko interakcji tych obiektów, ale zapewni lepszy wgląd w sposób powstawania fal grawitacyjnych i niektórych rodzajów czarnych dziur.
