Nowy model 3D sugeruje, że niezwykłe „podbicia” jasności supernowej SN 2022jli co 12,5 dnia powstają, gdy nowonarodzona gwiazda neutronowa cyklicznie akreuje materię z rozdętej gwiazdy towarzyszącej.
Nietypowa supernowa z „pofalowaną” krzywą blasku
Większość supernowych po szybkim wzroście jasności osiąga maksimum, a następnie stopniowo słabnie w przewidywalny sposób. SN 2022jli, supernowa typu Ic pochodząca od masywnej gwiazdy pozbawionej warstw zewnętrznych, wyłamała się z tego schematu: na opadającej krzywej blasku co 12,5 dnia pojawiły się regularne „górki” jasności, utrzymujące się przez wiele miesięcy.
Tak wyraźna okresowość podsunęła dwie główne hipotezy: zderzenia wyrzuconej materii z regularnie ułożonymi powłokami gazu wokół gwiazdy lub oddziaływania w układzie podwójnym, w którym pozostałość po supernowej co pewien czas wchodzi w intensywną interakcję z towarzyszem. Zespół kierowany przez Ryosukego Hiraiego postanowił dokładnie sprawdzić ten drugi scenariusz.
Gwiazda neutronowa w układzie z bliską towarzyszką
Autorzy artykułu zakładają, że po wybuchu SN 2022jli powstała gwiazda neutronowa o masie 1,4 masy Słońca, orbitująca wspólnie z gwiazdą ciągu głównego. Taki typ pozostałości jest typowy dla supernowych powstałych z ogołoconych, masywnych gwiazd, które wcześniej traciły otoczki w wyniku oddziaływania z towarzyszem.
Kluczowy jest kształt orbity po wybuchu: aby uzyskać silnie zmienne w czasie tempo akrecji, orbita musi być mocno ekscentryczna. Według autorów taki kształt orbity mógł powstać w wyniku asymetrycznego impulsu przy narodzinach gwiazdy neutronowej, który zmienił jej tor ruchu, rozszerzając orbitę i odchodząc od koła.
Rozdęta gwiazda karmiąca gwiazdę neutronową
W symulacjach uwzględniono dodatkowy efekt: tuż po wybuchu front wyrzutu supernowej uderza w gwiazdę towarzyszącą, podgrzewa jej zewnętrzne warstwy i powoduje ich silne rozdęcie. Taki „napompowany” towarzysz może osiągnąć rozmiary setek promieni Słońca, co sprawia, że gwiazda neutronowa zaczyna okresowo przemieszczać się przez jego rozległą otoczkę.
Za każdym razem, gdy obie gwiazdy zbliżają się do siebie w punkcie najbliższego zbliżenia, gwiazda neutronowa akreuje z rozdętego gazu znacznie intensywniej. Część materii i energii nie zostaje spokojnie „połknięta”, lecz oddziałuje z otoczeniem poprzez promieniowanie lub wypływy strumieni i wiatrów dyskowych, co autorzy omawianej publikacji modelują w kilku wariantach sprzężenia zwrotnego.
Symulacje 3D i warunki na tańczącą krzywą blasku
Zespół Hiraiego przeprowadził trójwymiarowe symulacje hydrodynamiczne, w których zmieniano m.in. ekscentryczność orbity i masę gwiazdy towarzyszącej, przy zachowaniu okresu orbitalnego 12,5 dnia oraz masy gwiazdy neutronowej. Okazuje się, że regularne „podbicia” jasności o amplitudzie około 10% da się uzyskać, gdy:
- ekscentryczność orbity jest wysoka (około 0,7–0,9),
- sprzężenie zwrotne z akrecji jest silne, ale geometria wypływu (np. dżety) pozostaje dobrze skupiona,
- układ jest widziany z Ziemi pod dużym kątem, blisko krawędzi tarczy.
Model dobrze oddaje ogólny spadek jasności SN 2022jli oraz okresowość falowania krzywej blasku, choć szczegółowy kształt zafalowań zależy bardzo wrażliwie od przyjętego kąta patrzenia i parametrów przepływu. To sugeruje, że podobne układy mogą wyglądać bardzo różnie w zależności od geometrii względem obserwatora.
SN 2022jli to jeden z pierwszych dobrze zbadanych przykładów supernowej o wyraźnie okresowej krzywej blasku, ale przeglądy całego nieba już odkrywają kolejne podobne przypadki. Autorzy pracy pokazują, że scenariusz supernowa zasilana oddziaływaniem w układzie podwójnym może w naturalny sposób wyjaśnić oscylacje o okresie kilkunastu dni.
Kolejne symulacje zastosowane do innych obiektów – o dłuższych okresach i różnych typach supernowych – pozwolą sprawdzić, czy mechanizm ten jest uniwersalny, czy też „tańczące” krzywe blasku kryją kilka różnych procesów fizycznych. Tak czy inaczej, SN 2022jli staje się ważnym laboratorium do badania tego, co dzieje się z gwiazdą neutronową i jej towarzyszką w pierwszych latach po wybuchu supernowej.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Bumpy Road Ahead: Can Binary Interactions Make Supernovae Periodically Brighter?
- Supernova-induced binary-interaction-powered supernovae: a model for SN2022jli
Źródło: AAS
Na ilustracji: Teleskop Kosmiczny Hubble'a uchwycił ten obraz supernowej świecącej na obrzeżach galaktyki NGC 2525. Krzywe blasku supernowych charakteryzują się różnorodnymi zachowaniami, które mogą nam powiedzieć o przyczynie supernowej, a także o jej otoczeniu. Źródło: ESA/Hubble i NASA, A. Riess i zespół SH0ES; Podziękowania: Mahdi Zamani; CC BY 4.0
