Необычные наблюдения сверхновых звезд дают астрономам возможность заглянуть в космическое прошлое

Кривые блеска SN 2023ufx с поправкой на экстинкцию. В рукописи используются те же цвета и символы. Перевернутые треугольники показывают 5σ необнаружений ∼0,5 дня до взрыва от ZTF. Синие и красные галочки вдоль нижней оси обозначают оптические и ближние ИК-спектроскопические наблюдения соответственно. Эта информация о кривой блеска доступна в виде данных, лежащих в основе рисунка. Автор: The Astrophysical Journal (2024). DOI: 10.3847/1538-4357/ad8448

Международная группа исследователей провела новые наблюдения необычной сверхновой, обнаружив самый бедный металлами звездный взрыв из когда-либо наблюдавшихся.

Эта редкая сверхновая, названная 2023ufx, возникла в результате коллапса ядра красного сверхгиганта, взорвавшегося на окраине близлежащей карликовой галактики. Результаты исследования показали, что наблюдения как этой сверхновой, так и галактики, в которой она была обнаружена, имеют низкую металличность, то есть в них отсутствует обилие элементов тяжелее водорода или гелия.

«Поскольку металлы, образующиеся в сверхновых, определяют их свойства, в том числе то, как развиваются и умирают звезды, изучение их формирования может многое рассказать астрономам о состоянии Вселенной в момент ее зарождения, особенно с учетом того, что во время ее зарождения металлов фактически не было», — сказал Майкл Такер, ведущий автор исследования и научный сотрудник Центра космологии и астрофизики частиц при Университете штата Огайо.

«Если вы тот, кто хочет предсказать, как появился Млечный Путь, вы хотите иметь хорошее представление о том, как первые взорвавшиеся звезды зародили следующее поколение», — сказал Такер. «Понимание этого дает ученым прекрасный пример того, как эти первые объекты повлияли на свое окружение».

Карликовые галактики, в частности, являются полезными локальными аналогами условий, которые ученые могли бы ожидать увидеть в ранней Вселенной. Благодаря им астрономы знают, что хотя первые галактики были бедны металлами, у всех больших, ярких галактик вблизи Млечного Пути было достаточно времени для того, чтобы звезды взорвались и увеличили количество содержания металлов, сказал Такер.

Количество металлов в сверхновой также влияет на такие аспекты, как количество ядерных реакций, которые она может иметь, или на то, как долго ее взрыв остается ярким. Это также одна из причин того, что многие звезды с малой массой также иногда подвергаются риску коллапса в черные дыры.

Исследование было недавно опубликовано в The Astrophysical Journal.

Хотя событие, наблюдаемое командой Такера, является всего лишь второй сверхновой с низкой металличностью, самым необычным в ней является ее расположение относительно Млечного Пути, сказал Такер.

Обычно любая бедная металлами сверхновая, которую астрономы ожидают найти, скорее всего, будет слишком слабой, чтобы ее можно было увидеть из нашей галактики из-за того, насколько она далека. Теперь, благодаря появлению более мощных инструментов, таких как космический телескоп Джеймса Уэбба от NASA, обнаружение далеких бедных металлами галактик стало экспоненциально проще.

«В близлежащей Вселенной не так уж много мест, бедных металлами, и до появления JWST их было трудно найти», — сказал Такер.

Но обнаружение 2023ufx оказалось для исследователей счастливой случайностью. Новые наблюдения этой сверхновой показали, что многие ее свойства и поведение заметно отличаются от других сверхновых в соседних галактиках.

Например, у этой сверхновой был период яркости, который оставался стабильным около 20 дней, прежде чем пошел на спад, тогда как яркость ее богатых металлами аналогов обычно длилась около 100 дней. Исследование также показало, что во время взрыва было выброшено большое количество быстро движущегося материала, что говорит о том, что он, должно быть, вращался очень быстро, когда взорвался.

Этот результат подразумевает, что быстро вращающиеся звезды с низким содержанием металлов должны были быть относительно распространены в ранние дни Вселенной, сказал Такер. Теория его команды заключается в том, что сверхновая, вероятно, имела слабые звездные ветры — потоки частиц, испускаемых из атмосферы звезды, — что привело к ее культивированию и выделению столь большого количества энергии.

В целом их наблюдения закладывают основу для астрономов, позволяя им лучше изучить, как звезды с низким содержанием металлов выживают в различных космических условиях, и могут даже помочь некоторым теоретикам более точно смоделировать поведение сверхновых в ранней Вселенной.

«Если вы хотите предсказать, как образуются и развиваются галактики, первое, что вам нужно, — это хорошее представление о том, как первые взорвавшиеся звезды повлияли на их локальную область», — сказал Такер.

Будущие исследования могут быть направлены на то, чтобы определить, была ли сверхновая в какой-то момент больше, просто потому, что была сверхмассивной звездой, или ее материалы были выброшены еще не обнаруженным двойным компаньоном.

До тех пор исследователям придется ждать появления дополнительных данных.

«Мы находимся на таком раннем этапе эры JWST, что все еще обнаруживаем так много вещей, которые не понимаем о галактиках», — сказал Такер. «Долгосрочная надежда заключается в том, что это исследование послужит эталоном для подобных открытий».

Больше информации: Michael A. Tucker et al, The Extremely Metal-poor SN 2023ufx: A Local Analog to High-redshift Type II Supernovae, The Astrophysical Journal (2024). DOI: 10.3847/1538-4357/ad8448

Источник: The Ohio State University