Новый протокол позволит фиксировать сверхновые звезды уже через несколько часов после взрыва

4 часа назад / Наука → Новости / Наука

Художественная визуализация на основе изображений из оригинальной статьи. Автор: Galbany et al., JCAP, 2025.

Сверхновые звезды предстают перед нашими глазами — и перед астрономическими инструментами — как яркие вспышки, внезапно вспыхивающие в небе там, где мгновение назад ничего не было видно. Эти вспышки вызваны колоссальным взрывом звезды. Поскольку сверхновые возникают внезапно и непредсказуемо, их долгое время было трудно изучать. Однако сегодня, благодаря масштабным непрерывным обзорам неба, астрономы могут обнаруживать новые сверхновые почти ежедневно.

Крайне важно разрабатывать протоколы и методы, позволяющие обнаруживать их оперативно — только так можно понять процессы и небесные тела, которые их спровоцировали.

В пилотном исследовании Льюис Гальбань из Института космических наук (ICE-CSIC) в Барселоне и его коллеги представили методологию, позволяющую получать спектры сверхновых на самых ранних стадиях — в идеале в течение 48 или даже 24 часов после «первого света». Результаты опубликованы в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.

Сверхновые — это гигантские взрывы, знаменующие финальные этапы жизни звезды. Они делятся на две основные категории, определяемые массой звезды-предшественницы. «Термоядерные сверхновые связаны со звездами, чья начальная масса не превышает восьми солнечных масс», — объясняет Гальбань, ведущий автор исследования.

«Самая поздняя стадия эволюции таких звезд перед взрывом — белый карлик, очень старый объект, у которого уже нет активного ядра, производящего тепло. Белые карлики могут долго оставаться в равновесии благодаря квантовому эффекту, называемому давлением вырожденных электронов».

Пример наблюдений, использованных в исследовании. Автор: Albany et al, JCAP, 2025

Если такая звезда находится в двойной системе, продолжает он, она может перетягивать вещество со звезды-компаньона. Дополнительная масса увеличивает внутреннее давление, пока белый карлик не взрывается как сверхновая.

«Вторая основная категория включает очень массивные звезды — тяжелее восьми солнечных масс, — говорит Гальбань. — Они светят благодаря ядерному синтезу в своих ядрах, но как только звезда исчерпывает все более тяжелые элементы (вплоть до момента, когда дальнейший синтез уже не выделяет энергию), ядро коллапсирует. В этот момент звезда схлопывается, потому что гравитация больше не уравновешивается; быстрое сжатие резко повышает внутреннее давление и запускает взрыв».

Первые часы и дни после взрыва сохраняют прямые следы системы-предшественницы — информацию, которая помогает различать конкурирующие модели взрыва, оценивать критические параметры и изучать локальную среду. «Чем раньше мы их увидим, тем лучше», — отмечает Гальбань.

Исторически получение таких ранних данных было затруднено, поскольку большинство сверхновых обнаруживались спустя дни или недели после взрыва. Современные широкоугольные обзоры неба, проводимые с высокой частотой, меняют эту картину, позволяя находить сверхновые уже через несколько часов или дней.

Пример наблюдений, использованных в исследовании. Автор: Albany et al, JCAP, 2025

Для полного использования возможностей таких обзоров необходимы протоколы и критерии, и команда Гальбаня протестировала их на наблюдениях с Gran Telescopio de Canarias (GTC). В исследовании сообщается о 10 сверхновых: половина термоядерные, половина — коллапс ядра. Большинство наблюдались в течение шести дней после предполагаемого взрыва, а в двух случаях — в течение 48 часов.

Протокол начинается с быстрого поиска кандидатов по двум критериям: сигнал света должен отсутствовать на изображениях предыдущей ночи, а новый источник должен находиться внутри галактики. При выполнении обоих условий команда активирует инструмент OSIRIS на GTC для получения спектра.

«Спектр сверхновой, например, говорит нам, содержала ли звезда водород — а значит, мы наблюдаем сверхновую с коллапсом ядра», — объясняет Гальбань.

«Знание о сверхновой в самые первые моменты также позволяет нам искать другие данные об этом объекте, например, фотометрию из Zwicky Transient Facility (ZTF) и Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System (ATLAS), которые мы использовали в исследовании.

«Эти кривые блеска показывают, как яркость растет в начальной фазе; если мы видим небольшие всплески, это может означать, что другая звезда в двойной системе была поглощена взрывом». Дополнительные проверки сопоставляют данные с других обсерваторий об этом же участке неба.

Пример наблюдений, использованных в исследовании. Автор: Albany et al, JCAP, 2025

Поскольку в этом первом исследовании удалось собрать данные в течение 48 часов, авторы заключают, что еще более быстрые наблюдения вполне возможны. «То, что мы только что опубликовали, — это пилотное исследование, — говорит Гальбань. — Теперь мы знаем, что программа быстрого спектроскопического реагирования, хорошо скоординированная с глубокими фотометрическими обзорами, может реалистично собирать спектры в течение суток после взрыва, прокладывая путь для систематических исследований самых ранних фаз в предстоящих крупных обзорах, таких как La Silla Southern Supernova Survey (LS4) и Legacy Survey of Space and Time (LSST), оба в Чили».

Больше информации: Rapid follow-up of infant supernovae with the Gran Telescopio de Canarias, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (2025).

Источник: SISSA Medialab