Čudna priča supernova bogatih kalcijem

Kada je eksplodirao SN 2005E, nastao je veliki pljusak - i to ne samo zbog onoga što je izbacilo.

Jedna od jedinstvenih karakteristika astronomije je da većina predmeta koji nas zanimaju ne mogu se proučavati u laboratoriju. U osnovi, čitav svemir koji se može promatrati je naša laboratorija, i sve što ljudi možemo učiniti je pogledati oko sebe. Uzmimo, na primjer, supernove. Srećom, nema načina da se stvori jedan ovdje na Zemlji, tako da astronomi moraju pregledati nebo, promatrajući i čekajući da se dogodi nešto izvanredno.

Povremeno nam priroda pruža nešto spektakularno. 2005. godine svjetlost iz eksplodirajuće zvijezde u usamljenoj galaksiji NGC 1032 stigla je do Zemlje, a astronomi iz opservatorija Lick katalogizirali su događaj kao SN 2005E (Perets i sur. 2010). Nakon nekoliko praćenja, shvatili su što je zaista neobičan dio supernove: mnogo stvari prognane eksplozijom bio je, neobjašnjivo, kalcij. K tome dodajte i činjenicu da se supernova dogodila u krajnjim dosezima NGC 1032, a SN 2005E iznenada je postao meta interesa.

NGC 1032, što se vidi kroz Schulmanov teleskop na Opservatoriju Mount Lemmon 2011. godine. SN 2005E nije vidljiv jer je slika snimljena šest godina kasnije. Bonus slike: Adam Block, Mount Lemmon SkyCenter, Sveučilište u Arizoni, pod Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 United States licencom

Supernova je s vremenom postala prototip klase objekata poznatih kao supernove bogate kalcijem. Kao što im ime govori, otprilike polovina njihovog izbacivanja sastoji se od kalcija, a ne od vodika ili helija. Nastaju bilo daleko od središta galaksije ili u intergalaktičkom prostoru, negdje u sredini galaksije i daleko od bilo koje pojedinačne galaksije. 14 godina kasnije naša slika tih događaja polako počinje dolaziti u fokus, ali precizni mehanizmi koji stoje iza njih ostaju nepoznati.

Ovotjedni blog govori o neobičnom slučaju SN 2005E, daljnjim otkrićima supernove bogate kalcijem i malo vjerojatnom slijedu događaja za koji mislimo da su potrebni za njegovo stvaranje. Rijetke, nejasne i tajanstvene, pružaju novi prozor u ono što ulazi u obogaćivanje međuzvjezdanih plinova i prašine.

50% kalcija, 100% jedinstveno

Sl. 1, Perets i sur. (a) prikazuje SDSS sliku NGC 1032 prije supernove; (b) prikazuje KAIT-ovu sliku nakon toga, s SN 2005E jasno vidljivim.

Mnoge slike supernova prikazuju galaksije licem u lice, s eksplozijom koja je negdje posuta svijetlom točkom. Ne možemo, međutim, dobiti fotografije SN 2005E koje izgledaju ovako, jer NGC 1032 izgleda rubno prema nama, predstavljajući samo bočni pogled. U početnim slikama Ličnog opservatorija - snimljene Katzmanovim automatskim slikovnim teleskopom (KAIT) - supernova se pojavljuje samo kao točka relativno udaljena od galaksije domaćina, 22,9 kpc radijalno od središta i iznenađujućih 11,3 kpc iznad diska. Ako nismo imali ranije slike NGC 1032 iz Sloan Digital Sky Survey (SDSS), koje prikazuju samo prazan prostor na mjestu na kojem se pojavila supernova, možda bi to bilo pogrešno zvijezda u polju ili zasebna pozadinska galaksija.

Ipak, naknadna zapažanja i spektroskopija potvrdili su da je SN 2005E supernova. Spektri nisu pokazali vodikove linije koji isključuju supernovu tipa II, ali su također nedostajala silicijska svojstva supernove tipa Ia, u početku vodeći tim da ga klasificira kao supernovu tipa Ib s ogromnom zvijezdom koja joj je oduzeta od vodika omotnica kao porijeklom. Međutim, spektri su također pokazali da je izbačeno samo oko 0,3 solarne mase, što naizgled znači da ogromna zvijezda nije mogla biti odgovorna. Uz to, nigdje u blizini nije bilo formiranja zvijezda.

Sl. 2, Perets i sur. Snažne linije kalcija u tim su spektrima SN 2005E jasne, što ukazuje da se izbacilo oko 0,135 sunčevih masa kalcija.

Ovo je predstavilo zagonetku. Masa izbacivanja također je bila premala za normalnu supernovu tipa Ia. Daljnja studija toga pokazala je izuzetno snažne linije kalcija, što znači da se 40–50% izbacivanja, maseno, sastojalo od kalcija. To se prije nije opažalo, iako su neki modeli bijelih patuljaka-bijelih patuljastih sustava predviđali da bi se to moglo dogoditi detonacijom doniranog helija na površini jedne od komponenti, za dvostruko bijele patuljaste potomke potrebne da objasne ekstremno nisku svjetlinu SN 2005E, prigušeno čak i u odnosu na supernove tipa Ia.

Sl. S3, Perets i sur. SN 2005E je također pokazao osebujne količine dušika u svojim izbacivanjima - količine slične onima proizvedenim u kolapsnim jezgrama tipa II, ali frakcije slične supernovama tipa Ib. Uz to, ukupna izbačena masa bila je manja od uobičajene za bilo koji razred - bliža onoj koja se očekivala za supernove tipa Ia, ali izuzetno nejasna.

Ostalo je jedno pitanje: Kako je SN 2005E zalutao do sada u NGC 1032? Najvjerojatnije objašnjenje bilo je da je porijeklom bila zvijezda hipervelokta, izvorno izbačena iz unutarnje regije galaksije nakon susreta s supermasivnom crnom rupom (SMBH) ili binarnom SMBH. Brzine potrebne za pokretanje goleme zvijezde tako daleko od središta prije nego što je eksplodirala kretale su se u rasponu od 300 km / s do 1600 km / s - nije nerazumno. Međutim, brzina kojom se ovakvi susreti događaju za zvijezde velike mase čine ovaj događaj malo vjerojatnim za teleskop, a zajedno s opažanjima, nije vjerovatno da je porijeklom bila jedna masivna zvijezda, već umjesto bijelog patuljkastog binarnog sustava , slično izbačeno iz središta galaksije.

Je li supernova bogata kalcijem doista sama?

SN 2005E nije ostao jedina poznata supernova bogata kalcijem. Isti tim koji ga je otkrio također je pronašao skup ranijih supernova u arhivskim podacima koji su imali mnoga ista svojstva, a druge su skupine mogle otkriti nova, kao i detaljnije proučiti prethodne supernove. U tom je trenutku postalo jasno da svi predmeti imaju nekoliko zajedničkih svojstava: imali su izbacivanje male mase, čiji je veliki udio kalcij, a ležali su daleko od središta galaksija, protežući se do udaljenosti od više desetaka kiloparseka.

Sl. 3, Lyman i sur. SN 2007ke se također dogodio daleko od bilo koje obližnje galaksije. Drugi i treći okvir su Hubble koji vidi kroz različite filtre, a prikazuju druge ciljeve od interesa.

Činjenica da se čini da se supernove događaju u velikim razdvajanjima motivirala je potrage za slabom galaksijom domaćina. Na primjer, da li je moguće da se SN 2003dr, pomaknut s diska NGC 5714, u stvari nalazio u slabašnom kuglastom grozdu ili čak u galaksiji patuljaka slabe svjetlosti? Ne, rekli su Lyman i sur. 2016., koliko je Hubble mogao vidjeti. Tim je pronašao slične rezultate za brojne supernove bogate kalcijem, potvrdivši ideju da se ove supernove zaista događaju daleko od jezgre bilo koje galaksije.

Također je bilo upadljivo da su se neke od tih supernova očito pojavile u prostoru između galaksija - ne samo u njihovim vanjskim dosezima. U stvari, prilikom proučavanja nekih supernova bogatih kalcijem poput PTF12bho i PTF11kmb, postalo je izazov odrediti odakle potječu (vidjeti Lunnan i sur. 2017). Na primjer, dok je posljednja nevjerojatnih 150 kpc iz NGC 7265, ta galaksija ostaje najvjerojatnije izvorište izvornika, jer ostali kandidati imaju crvene pomake koji ih postavljaju dalje od galaksije.

Sl. 10, Lunnan i sur. PFT12bho u dva različita SDSS polja svog doma, Klaster klastera.

S većom veličinom uzorka supernova bogatih kalcijem, astronomi su utvrdili da svi imaju nekoliko zajedničkih faktora, uključujući intermedijarne svjetline i svjetlosne krivulje koje se brzo mijenjaju u usporedbi s normalnim supernovama. To je olakšalo identificiranje novih kandidata među prethodno poznatim supernovama, ali još uvijek ne znamo mnoge. Nadam se da će uz malo sreće taj broj rasti.