Naukowcy udokumentowali rzadką supernową 2023ufx, najbardziej ubogą w metale zaobserwowaną eksplozję gwiazdową, zlokalizowaną w galaktyce karłowatej.
To odkrycie jest kluczowe, ponieważ odzwierciedla warunki panujące we wczesnym Wszechświecie, pomagając astronomom w zrozumieniu powstawania i ewolucji galaktyk.
Odkrycie wyjątkowej supernowej
Międzynarodowy zespół naukowców zaobserwował rzadką i niezwykłą supernową, uznając ją za najbardziej ubogą w metale eksplozję gwiazdową, jaką kiedykolwiek zarejestrowano.
Supernowa, nazwana 2023ufx, powstała w wyniku zapadnięcia się jądra czerwonego nadolbrzyma i pojawiła się na obrzeżach pobliskiej galaktyki karłowatej. Stwierdzono, że zarówno supernowa, jak i galaktyka macierzysta mają wyjątkowo niską metaliczność, co oznacza, że zawierają bardzo niewiele pierwiastków cięższych od wodoru i helu.
Implikacje dla zrozumienia wczesnego Wszechświata
Ponieważ metale powstające w supernowych informują o ich właściwościach, w tym o ewolucji i śmierci gwiazd, poznanie większej ilości informacji na temat ich powstawania może wiele powiedzieć astronomom o stanie Wszechświata na początku jego powstania, zwłaszcza że w momencie jego narodzin w zasadzie nie było żadnych metali ”, powiedział Michael Tucker, główny autor badania i pracownik Centrum Kosmologii i Fizyki AstroCząstek na Uniwersytecie Stanowym Ohio.
„Jeśli jesteś osobą, która chce przewidzieć, jak… Droga Mleczna powstał, chcesz mieć dobre pojęcie o tym, jak pierwsze eksplodujące gwiazdy dały początek następnemu pokoleniu” – powiedział Tucker. „Zrozumienie tego daje naukowcom doskonały przykład tego, jak te pierwsze obiekty wpłynęły na ich otoczenie”.
Rola galaktyk ubogich w metale
W szczególności galaktyki karłowate są użytecznymi lokalnymi odpowiednikami warunków, których naukowcy mogliby się spodziewać we wczesnym wszechświecie. Dzięki nim astronomowie wiedzą, że chociaż pierwsze galaktyki były ubogie w metale, wszystkie duże, jasne galaktyki w pobliżu Drogi Mlecznej miały mnóstwo czasu, aby gwiazdy eksplodowały i zwiększały zawartość metali, powiedział Tucker.
Ilość metali, jakie zawiera supernowa, wpływa również na liczbę reakcji jądrowych, jakie może wywołać lub czas trwania jasnego wybuchu. Jest to również jeden z powodów, dla których wiele gwiazd o małej masie czasami jest narażonych na ryzyko zapadnięcia się w czarne dziury.
Badanie zostało niedawno opublikowane w The Dziennik astrofizyczny.
Postęp technologiczny i spostrzeżenia obserwacyjne
Chociaż zdarzenie obserwowane przez zespół Tuckera jest dopiero drugą odkrytą supernową o niskiej metaliczności, najbardziej niezwykłe jest w nim położenie względem Drogi Mlecznej, powiedział Tucker.
Zazwyczaj każda supernowa uboga w metale, której astronomowie spodziewaliby się znaleźć, byłaby prawdopodobnie zbyt słaba, aby można ją było dostrzec w naszej galaktyce ze względu na jej odległość. Teraz, w związku z pojawieniem się potężniejszych instrumentów, takich jak NASA’S Kosmiczny Teleskop Jamesa Webbawykrywanie odległych galaktyk ubogich w metale stało się wykładniczo łatwiejsze.
„W pobliskim wszechświecie nie ma zbyt wielu miejsc ubogich w metale, a przed JWST trudno było je znaleźć” – powiedział Tucker.
Jednak obserwacja 2023ufx okazała się dla badaczy szczęśliwym zbiegiem okoliczności. Nowo odkryte obserwacje tej konkretnej supernowej ujawniły, że wiele jej właściwości i zachowań wyraźnie różni się od innych supernowych w pobliskich galaktykach.
Na przykład jasność tej supernowej utrzymywała się na stałym poziomie przez około 20 dni, po czym spadła, podczas gdy jasność jej odpowiedników bogatych w metale trwała zwykle około 100 dni. Badanie wykazało również, że podczas eksplozji wyrzucono dużą ilość szybko poruszającego się materiału, co sugeruje, że w momencie eksplozji musiał on wirować bardzo szybko.
Wynik ten sugeruje, że szybko wirujące gwiazdy ubogie w metale musiały być stosunkowo powszechne w początkach istnienia Wszechświata, powiedział Tucker. Teoria jego zespołu głosi, że supernowa prawdopodobnie miała słabe wiatry gwiazdowe – strumienie cząstek emitowane z atmosfery gwiazdy – co doprowadziło do wytworzenia i uwolnienia tak dużej ilości energii.
Ogólnie rzecz biorąc, ich obserwacje stanowią dla astronomów podstawę do lepszego zbadania, w jaki sposób gwiazdy ubogie w metale przeżywają w różnych środowiskach kosmicznych, a nawet mogą pomóc niektórym teoretykom w dokładniejszym modelowaniu zachowania supernowych we wczesnym Wszechświecie.
„Jeśli jesteś osobą, która chce przewidzieć, jak powstają i ewoluują galaktyki, pierwszą rzeczą, jakiej potrzebujesz, jest dobre pojęcie o tym, jak pierwsze eksplodujące gwiazdy wpłynęły na ich lokalny obszar” – powiedział Tucker.
Przyszłe badania mogą mieć na celu ustalenie, czy supernowa była w pewnym momencie większa, czy to po prostu przez to, że była supermasywną gwiazdą, czy też jej materiały zostały usunięte przez wciąż nieodkrytego towarzysza układu podwójnego.
Do tego czasu badacze będą musieli poczekać, aż dostępnych będzie więcej danych.
„Jesteśmy na tak wczesnym etapie ery JWST, że wciąż odkrywamy wiele rzeczy, których nie rozumiemy na temat galaktyk” – powiedział Tucker. „W dłuższej perspektywie mamy nadzieję, że to badanie stanie się punktem odniesienia dla podobnych odkryć”.
Odniesienie: „Wyjątkowo uboga w metale SN 2023ufx: lokalny analog do supernowych typu II o wysokim przesunięciu ku czerwieni” autorstwa Michaela A. Tuckera, Jasona Hinkle, Charlotte R. Angus, Katie Auchettl, Willema B. Hoogendama, Benjamina Shappee, Christophera S. Kochanek, Chris Ashall, Thomas de Boer, Kenneth C. Chambers, Dhvanil D. Desai, Aaron Do, Michael D. Fulton, Hua Gao, Joanna Herman, Mark Huber, Chris Lidman, Chien-Cheng Lin, Thomas B. Lowe, Eugene A. Magnier, Bailey Martin, Paloma Mínguez, Matt Nicholl, Miika Pursiainen, SJ Smartt, Ken W. Smith, Shubham Srivastav, Brad E. Tucker i Richard J. Wainscoat, 21 listopada 2024 r., Dziennik astrofizyczny.
DOI: 10.3847/1538-4357/ad8448
Prace te były wspierane przez Narodową Fundację Nauki, Europejską Radę ds. Badań Naukowych (ERC), nagrodę Australijskiej Rady ds. Badań Naukowych Discovery Early Career Researcher Award (DECRA) i NASA. Współautorem był także Christopher S. Kochanek ze stanu Ohio.
