Наблюдения с помощью телескопа «Очень большой телескоп» Европейской южной обсерватории (ESO VLT) показали взрывную смерть звезды в момент, когда взрыв прорывался через поверхность звезды. Впервые астрономы раскрыли форму взрыва на его ранней, мимолетной стадии.
Краткая начальная фаза
Эта короткая начальная фаза не была бы наблюдаема через день и помогает ответить на целый ряд вопросов о том, как массивные звёзды становятся сверхновыми.
Когда взрыв сверхновой SN 2024ggi был впервые обнаружен в ночь на 10 апреля 2024 года по местному времени, И. Ян, доцент Университета Цинхуа в Пекине, Китай, и ведущий автор нового исследования, только что приземлился в Сан-Франциско после длительного перелёта. Он знал, что должен действовать быстро.
Двенадцать часов спустя он отправил предложение о наблюдении в ESO, которое после очень быстрого одобрения направило свой телескоп VLT в Чили на сверхновую 11 апреля, всего через 26 часов после первоначального обнаружения.
Местоположение и возможности наблюдения
SN 2024ggi расположена в галактике NGC 3621 в направлении созвездия Гидры всего в 22 миллионах световых лет от нас, что близко по астрономическим меркам. С помощью большого телескопа и подходящего инструмента международная команда знала, что у них есть редкая возможность разгадать форму взрыва вскоре после его возникновения.
«Первые наблюдения VLT зафиксировали фазу, во время которой материя, ускоренная взрывом вблизи центра звезды, прорвалась через поверхность звезды. В течение нескольких часов геометрия звезды и её взрыва могла быть и была изучена вместе», — говорит Дитрих Бааде, астроном ESO в Германии и соавтор исследования, опубликованного в журнале Science Advances.
Значение геометрии взрыва сверхновой
«Геометрия взрыва сверхновой даёт фундаментальную информацию об эволюции звёзд и физических процессах, приводящих к этим космическим фейерверкам», — объясняет Ян.
Точные механизмы, лежащие в основе взрывов сверхновых массивных звёзд, тех, чья масса превышает массу Солнца в восемь раз, всё ещё обсуждаются и являются одним из фундаментальных вопросов, на которые учёные хотят ответить.
Прогентором этой сверхновой была красная сверхгигантская звезда с массой от 12 до 15 масс Солнца и радиусом в 500 раз больше солнечного, что делает SN 2024ggi классическим примером взрыва массивной звезды.
Процесс взрыва массивной звезды
Мы знаем, что в течение своей жизни типичная звезда сохраняет свою сферическую форму в результате очень точного равновесия между гравитационной силой, которая хочет сжать её, и давлением её ядерного двигателя, которое хочет её расширить. Когда у неё заканчивается последний источник топлива, ядерный двигатель начинает затухать.
Для массивных звёзд это знаменует начало сверхновой: ядро умирающей звезды коллапсирует, окружающие его оболочки падают на него и отскакивают. Этот отражённый удар затем распространяется наружу, разрушая звезду.
Как только удар прорывается сквозь поверхность, он высвобождает огромное количество энергии — сверхновая тогда резко становится ярче и становится наблюдаемой. В течение кратковременной фазы можно изучить начальную форму «прорыва» сверхновой, прежде чем взрыв взаимодействует с веществом, окружающим умирающую звезду.
Использование спектрополяриметрии
Это то, что астрономы впервые достигли с помощью VLT ESO, используя технику, называемую «спектрополяриметрией». «Спектрополяриметрия предоставляет информацию о геометрии взрыва, которую другие типы наблюдений не могут предоставить, потому что угловые масштабы слишком малы», — говорит Лифан Ван, соавтор и профессор Техасского университета A&M в США, который был студентом в ESO в начале своей астрономической карьеры.
Хотя взрывающаяся звезда кажется одной точкой, поляризация её света содержит скрытые подсказки о её геометрии, которые команда смогла разгадать.
Единственным учреждением в южном полушарии, способным зафиксировать форму сверхновой с помощью такого измерения, является инструмент FORS2, установленный на VLT. С помощью данных FORS2 астрономы обнаружили, что первоначальный взрыв материала имел форму оливки.
По мере того как взрыв распространялся наружу и сталкивался с веществом вокруг звезды, форма сплющивалась, но ось симметрии выброса оставалась прежней.
«Эти результаты предполагают общий физический механизм, который управляет взрывом многих массивных звёзд, который проявляет чётко выраженную осевую симметрию и действует в больших масштабах», — по словам Яна.
С этими знаниями астрономы уже могут исключить некоторые из существующих моделей сверхновых и добавить новую информацию для улучшения других, предоставляя представление о мощных смертях массивных звёзд.
«Это открытие не только меняет наше понимание звёздных взрывов, но и демонстрирует, чего можно достичь, когда наука выходит за рамки границ», — говорит соавтор и астроном ESO Фердинандо Патат.
«Это мощное напоминание о том, что любопытство, сотрудничество и быстрые действия могут открыть глубокие знания о физике, формирующей нашу Вселенную».