Экстремальное похудение: найдена сверхновая, звезда которой потеряла неожиданно большую массу перед взрывом

Недавно обнаруженная сверхновая, звезда которой за год до взрыва выбросила до полной солнечной массы вещества, ставит под сомнение стандартную теорию звездной эволюции. Новые наблюдения дают астрономам возможность понять, что происходит в последний год перед смертью и взрывом звезды.

Об этом рассказывают в Центре астрофизики Гарвардского университета и Смитсоновского института (CfA), передают OstanniPodii.com.

SN 2023ixf — сверхновая II типа, открытая в мае 2023 года астрономом-любителем Коити Итагаки из Ямагаты (Япония) вскоре после взрыва ее предшественника, или исходной звезды. Расположенная на расстоянии около 20 млн световых лет в галактике Вертушка, близость SN 2023ixf к Земле, чрезвычайная яркость сверхновой и её молодой возраст делают её сокровищницей наблюдаемых данных для ученых, изучающих гибель массивных звезд во время взрывов сверхновых.

Сверхновые II типа, или сверхновые с коллапсом ядра, возникают, когда звезды-красные сверхгиганты, масса которых минимум в восемь, а то и в 25 раз превышает массу Солнца, разрушаются под действием собственного веса и взрываются. Хотя SN 2023ixf соответствовала описанию типа II, дальнейшие многоволновые наблюдения, проведенные астрономами CfA с использованием широкого спектра телескопов, обнаружили новое и неожиданное поведение.

Сверхновые с коллапсом ядра в течение нескольких часов после взрыва дают вспышку света, которая возникает, когда ударная волна от взрыва достигает внешнего края звезды. Однако кривая блеска SN 2023ixf не соответствовала ожидаемому поведению.

Для того, чтобы лучше понять ударную волну SN 2023ixf, группа ученых под руководством постдокторанта CfA Даичи Хирамацу проанализировала данные от 1,5-метрового телескопа Тиллинггаст, 1,2-метрового телескопа и ММТ (Многозеркальный телескоп) в обсерватории CfA им. Фреда Лоуренса Уиппла, что в Аризоне, а также данные Глобального проекта по сверхновым — ключевого проекта обсерватории Лас-Кумбрес, обсерватории НАСА им. Нила Герелса Свифта и многих других.

Концепция художника показывает яркий взрыв SN 2023ixf. Credit: Melissa Weiss/CfA

Это исследование в нескольких длинах волн, результаты которого опубликованы на этой неделе в The Astrophysical Journal Letters, показало, что, вопреки ожиданиям и теории звездной эволюции, ударный прорыв SN 2023ixf был задержан на несколько дней.

"Задержка выхода ударной волны является прямым доказательством наличия плотного материала, образовавшегося в результате недавней потери массы", - сказал Хирамацу, добавив, что такая экстремальная потеря массы нетипична для сверхновых типа II. "Наши новые наблюдения обнаружили значительную и неожиданную потерю массы, близкую к массе Солнца, в последний год перед взрывом".

SN 2023ixf бросает вызов пониманию астрономами эволюции массивных звезд и сверхновых, в которые они превращаются. Хотя ученым известно, что сверхновые с коллапсом ядра являются первичными точками отсчета космического формирования и эволюции атомов, нейтронных звезд и черных дыр, очень мало известно о годах, предшествующих взрыву звезды.

Композитное изображение SN 2023ixf, полученное камерой KeplerCam 1,2-метрового телескопа в обсерватории Фреда Лоренса Уиппла 27 июня 2023 года, чуть более чем через месяц после взрыва звезды-прародительницы SN 2023ixf, сочетает в себе зеленый, красный, ближний инфракрасный и инфракрасный свет, выделяя как SN 2023ixf, так и галактику Вертушка. SN 2023ixf расположена в одном из спиральных рукавов галактики, как и положено при взрывах массивных звезд. Credit: S. Gomez/STScI

Новые наблюдения указывают на потенциальную нестабильность в последние годы жизни звезды, приводящую к экстремальной потере массы. Это может быть связано с последними стадиями выгорания в ядре звезды высокомассовых элементов, таких как кремний.

Одновременно с многоволновыми наблюдениями Хирамацу, профессор астрономии Гарварда и CfA и его советник Эдо Бергер, провел наблюдения сверхновой в миллиметровых волнах с помощью Субмиллиметровой решетки (SMA) CfA на вершине горы Маунакеа на Гавайях.

Эти данные, опубликованные также в The Astrophysical Journal Letters, позволили непосредственно проследить столкновение обломков сверхновой с плотным материалом, потерянным перед взрывом. "SN 2023ixf взорвалась точно в нужное время", - говорит Бергер. "Всего несколькими днями ранее мы начали новую амбициозную трехлетнюю программу по изучению взрывов сверхновых с помощью SMA, и эта близкая удивительная сверхновая стала нашей первой целью".

"Единственный способ понять, как ведут себя массивные звезды в последние годы своей жизни вплоть до момента взрыва, - это обнаружить сверхновые, когда они еще очень молоды и, желательно, находятся поблизости, а затем изучить их в нескольких диапазонах длин волн", - говорит Бергер. "Используя оптический и миллиметровый телескопы, мы фактически превратили SN 2023ixf в машину времени, чтобы восстановить, что делала звезда-прародительница до момента своей гибели".

Именно открытие сверхновой и дальнейшие события имеют большое значение для астрономов всего мира, в том числе и для тех, кто занимается наукой в своем собственном дворе. Итагаки обнаружил сверхновую 19 мая 2023 года из своей частной обсерватории в Окаяме (Япония). Объединенные данные Итагаки и других астрономов-любителей позволили определить время взрыва с точностью до двух часов, что позволило профессиональным астрономам из CfA и других обсерваторий начать исследования. Астрономы CfA продолжают сотрудничать с Итагаки в рамках текущих оптических наблюдений.

"Партнерство между любителями и профессиональными астрономами имеет давние традиции успеха в области сверхновых", - сказал Хирамацу. "В случае с SN 2023ixf я получил срочное электронное письмо от Коити Итагаки сразу после того, как он открыл SN 2023ixf. Без этих отношений, без работы и самоотверженности Итагаки мы бы потеряли возможность получить важнейшее представление об эволюции массивных звезд и их взрывах сверхновых".