Teleskop Hubble’a odkrył system supernowych powiązanych z potencjalną „gwiazdą zombie”

Astronomowie korzystający z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a po raz pierwszy dostrzegli układ gwiazd, które później „wyprodukowały” supernową w niezwykłym wybuchu białego karła. Badając archiwalne zdjęcia z Hubble’a wykonane przed wybuchem supernowej, astronomowie mówią, że wykryli niebieskiego towarzysza białego karła. Biały karzeł powoli wysysa paliwo ze swojego towarzysza, ostatecznie spalając je w reakcji termojądrowej w martwą gwiazdę i produkując słaby wybuch supernowej.

Ta szczególna supernowa jest typu Iax, niedawno zidentyfikowanej klasy eksplozji gwiazdowej. Tego rodzaju eksplodujące gwiazdy są mniej energetyczne i mniejsze, niż supernowe typu Ia, które również pochodzą z wybuchu białego karła w układach podwójnych. Astronomowie początkowo sądzili, że słabe gwiezdne wybuchy były wyjątkowym typem supernowych Ia. Zidentyfikowali ponad 30 tych mini eksplozji, które zdarzają się raz na 20 wybuchów supernowych typu Ia.

„Astronomowie przez dekady poszukiwali przodków supernowych typu Ia. Supernowe typu Ia są ważne, ponieważ używa się ich do mierzenia ogromnych kosmicznych odległości oraz ekspansji Wszechświata. Ale mamy bardzo niewiele ograniczeń dotyczących tego, jak białe karły eksplodują. Ze względu na podobieństwo pomiędzy supernową typu Iax i normalną typu Ia, zrozumienie przodków supernowych typu Iax jest ważne, zwłaszcza, że żaden protoplasta typu Ia nie został jednoznacznie zidentyfikowany. Odkrycie to pokazuje nam jeden ze sposóbów, w jaki można otrzymać eksplozję białego karła” – powiedział Saurabh Jha z Rutgers University w Piscataway, New Jersey.

Słaba supernowa, nazwana SN 2012Z, została znaleziona w Lick Observatory Supernova Search w styczniu 2012 roku. Przypadkowo, kamera Hubble’a Advanced Camera for Surveys także obserwowała macierzystą galaktykę supernowej – NGC 1309 – w 2005, 2006 i 2010 roku, przed wybuchem supernowej. NGC 1309 znajduje się w odległości 110 milionów lat świetlnych od nas. Curtis McCully, doktorant z Rutgers, ponownie przetworzył obrazy sprzed wybuchu, wyostrzył je i zobaczył obiekt na obecnej pozycji supernowej. „Byłem bardzo zaskoczony widząc cokolwiek na miejscu supernowej. Spodziewaliśmy się, że system-protoplasta będzie zbyt słaby, by go dostrzec, tak jak w poprzednich poszukiwaniach zwykłych poprzedniczek supernowych typu Ia. To ekscytujące, gdy natura nas zaskakuje,” powiedział McCully.

Prawdopodobieństwo, że wykryty obiekt jest tylko trafem niezwiązanym z supernową wynosi 1%. Po zbadaniu kolorów obiektu i symulacji komputerowej, ukazali się możliwi prekursorzy supernowych typu Iax. Zespół stwierdził, że to, co właśnie zobaczyli, było najprawdopodobniej światłem gwiazdy, która straciła swoją zewnętrzną powłokę wodoru, odkrywając swoje helowe serce. „Wracając do roku 2009, gdy zaczynaliśmy rozumieć tę klasę, możemy potwierdzić, że supernowe te powstają z białego karła i gwiazdy helowej w układzie podwójnym gwiazd” – powiedział członek zespołu Ryan Foley z Universytetu Illinois w Urbana-Champaign, który pomógł zidentyfikować nową klasę supernowych typu Iax.

Zdaniem zespołu, jeden z możliwych scenariuszy dla dziwacznego systemu gwiazd przewiduje, że jest to wahanie się pomiędzy gwiazdami, gdzie jedna przekazuje drugiej swoją masę. Gwiazdy pierwotnie miały masę 7 i 4 razy większą, niż Słońce. Masywniejsza z gwiazd ewoluowała szybko, przerzucając swój wodór i hel na mniejszego towarzysza. Teraz, uszczuplona do zaledwie jednej masy Słońca, masywniejsza gwiazda zostaje z węglowym i tlenowym rdzeniem, stając się białym karłem. Gwiazdowy towarzysz, który zaczynał od zaledwie czterech mas Słońca, teraz ewoluuje i rośnie szybko, pochłaniając białego karła. Zewnętrzne warstwy tej „kombinowanej” gwiazdy są odrzucane, pozostawiając białego karła oraz gwiezdnego towarzysza o masie dwóch Słońc, z helowym rdzeniem. Biały karzeł wciąż pobiera materię ze swojego towarzysza, aż ten stanie się niestabilny i eksploduje jako supernowa, wyrzucając około połowy masy Słońca materii. W przeciwieństwie do zwykłej supernowej typu Ia, która niszczy swojego białego karła, uważa się, że eksplozja typu Iax zostawia „sponiewieranego” białego karła. Po tej śmierci gwiazda wraca do życia po tym, jak eksplodowała, a astronomowie nadali jej nazwę „gwiazdy zombie”.

Zespół przyznaje, że nie można całkowicie wykluczyć innej możliwości identyfikacji obiektu, w tym takiej, że była to po prostu pojedyncza, masywna gwiazda, która eksplodowała jako supernowa. Aby rozstrzygnąć te wątpliwości i potwierdzić swoją hipotezę, zespół planuje ponownie użyć Teleskopu Hubble’a w 2015 roku do obserwacji okolicy, gdy światło supernowej ściemni się wystarczająco, by pokazać możliwą gwiazdę zombie i helowego towarzysza. Astronomowie już widzieli następstwo jednego wybuchu supernowej typu Iax. Hubble uzyskał zdjęcia supernowej 2008ha w styczniu 2013 roku, ponad cztery lata po tamtym wybuchu, które pokazały obiekt w miejscu supernowej. Supernowa znajduje się w galaktyce UGC 12682, położonej 69 milionów lat świetlnych od nas. Obiekt może być pozostałością gwiazdy zombie lub jej towarzyszem. Bazując na kolorach obiektu, zespół sugeruje w osobnym artykule, że gwiazda ma towarzysza o masie większej, niż trzy masy Słońca. Jest znacznie mniej jasny i bardziej czerwony niż przodek SN 2012Z.

„SN 2012Z jest jedną z bardziej wydajnych supernowych typu Iax, a SN 2008ha jest jedną z najsłabszych w klasie, pokazując, że system typu Iax jest bardzo zróżnicowany. Być może różnorodność jest powiązana z tym, w jaki sposób każda z gwiazd eksploduje. Ponieważ te supernowe nie niszczą zupełnie białego karła, możemy przypuszczać, że niektóre z tych eksplozji wyrzucą trochę, a inne wyrzucą więcej materii” – wyjaśnia Foley, autor pracy na temat SN 2008ha.

Więcej informacji:



Opracowanie: Agnieszka Nowak

Źródło: NASA


Na zdjęciu:
Dwa zdjęcia pokazujące galaktykę wybuch supernowej 2012Z - przed i po eksplozji. Krzyżykiem wskazano położenie supernowej w galaktyce. Źródło: NASA, ESA.