Oznaki „niechlujnej” gwiazdy, która uczyniła z towarzysza supernową

Wiele gwiazd eksploduje jako świecące supernowe, gdy spalą całe swoje paliwo w syntezie jądrowej. Jednak niektóre gwiazdy mogą przejść do postaci supernowej po prostu dlatego, że mają bliską i nieznośną gwiazdę towarzyszącą, która pewnego dnia zdenerwuje partnera tak bardzo, że ten eksploduje.

Do tego drugiego zdarzenia może dojść w układach podwójnych gwiazd, gdzie obie próbują dominować. Podczas gdy eksplodująca gwiazda daje wiele dowodów potwierdzających jej tożsamość, astronomowie muszą dobrze się napracować, aby dowiedzieć się czegoś na temat towarzysza, który wywołał tę eksplozję.

Międzynarodowy zespół astronomów ogłosił, że zidentyfikował rodzaj gwiazdy towarzyszącej, która spowodowała eksplozję swojego towarzysza w układzie podwójnym, jako węglowo-tlenowego białego karła. Dzięki wielokrotnym obserwacjom SN 2015cp, supernowej oddalonej o 545 milionów lat świetlnych do Ziemi, zespół wykrył cząstki bogate w wodór, które gwiazda towarzysząca rozrzuciła przed eksplozją.

Obecność szczątków oznacza, że towarzysz był albo czerwonym olbrzymem, albo podobną gwiazdą, która, zanim uczyniła swoją towarzyszkę supernową, straciła ogromne ilości materii.

Materia z supernowej uderzyła w te gwiezdne szczątki z prędkością 30 tysięcy kilometrów na sekundę (1/10 prędkości światła), powodując, że świeciły one w promieniach ultrafioletowych, które zostały wykryte przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a i inne obserwatoria prawie dwa lata po pierwotnej eksplozji. Dowodów na obecność tych cząstek w układzie podwójnym gwiazd przez miesiące lub lata po wybuchu supernowej poszukiwał zespół z University of Washington. Jego członkowie uważają, że astronomowie mogą określić, czy towarzysz był „niechlujnym” (messy) czerwonym olbrzymem czy względnie „schludną” gwiazdą.

Zespół dokonał tego odkrycia w ramach szerszego badania konkretnego rodzaju supernowej, znanej jako supernowa typu Ia. Supernowe tego typu powstają, gdy węglowo-tlenowy biały karzeł eksploduje nagle pod wpływem działania swojego towarzysza w układzie podwójnym. Węglowo-tlenowe białe karły są małe, gęste i całkiem stabilne. Tworzą się z zapadniętych jąder większych gwiazd i, jeżeli pozostają niezakłócone, mogą istnieć miliardy lat.

Supernowe typu Ia grają ważną rolę w badaniach kosmologicznych, ponieważ ich stała jasność czyni je idealnymi „kosmicznymi latarniami morskimi”. Zostały użyte do oszacowania stopnia ekspansji Wszechświata i służyły jako pośredni dowód na istnienie ciemnej energii. 

Jednak naukowcy nie są pewni, jakie gwiazdy towarzyszące mogą wywołać zdarzenie typu Ia. Wiele dowodów wskazuje na to, że dla większości supernowych typu Ia towarzyszem był prawdopodobnie inny węglowo-tlenowy biały karzeł, który nie pozostawił żadnych resztek bogatych w wodór. Jednak modele teoretyczne pokazały, że gwiazdy takie jak czerwone olbrzymy także mogą wywołać supernową typu Ia, pozostawiającą szczątki bogate w wodór. Spośród tysięcy zbadanych dotąd supernowych typu Ia tylko niewielka część została zaobserwowana w wyniku uderzenia materii bogatej w wodór pochodzącej od gwiezdnego towarzysza. Podczas wcześniejszych obserwacji co najmniej dwóch supernowych typu Ia świecące szczątki wykryto kilka miesięcy po eksplozji. Ale naukowcy nie byli pewni, czy zdarzenia te były odosobnione, czy też są znakami, że supernowe typu Ia mogą mieć wiele różnych rodzajów gwiazd towarzyszących.

Zespół wykorzystał obserwacje z Hubble’a do zbadania emisji ultrafioletowej z siedemdziesięciu supernowych typu Ia w przybliżeniu od roku do trzech lat po pierwszym wybuchu.

W przypadku SN 2015cp, pierwszej tego typu supernowej, dostrzeżonej w 2015 roku, naukowcy odnaleźli to, czego szukali. W 2017 roku, 686 dni po eksplozji supernowej, Hubble wyłowił ultrafioletową poświatę gwiezdnych szczątków. Były one oddalone od źródła supernowej o co najmniej sto miliardów kilometrów. Dla porównania: orbita Plutona w aphelium wynosi 7,4 miliarda kilometrów.

Po porównaniu SN 2015cp do innych supernowych typu Ia, naukowcy szacują, że nie więcej niż 6% tego typu supernowych ma tak „brudnego” towarzysza. Wielokrotne szczegółowe obserwacje innych zdarzeń Ia pomogłyby doprecyzować te szacunki.

Teleskop Hubble'a był niezbędny do wykrycia ultrafioletowej sygnatury szczątków gwiazdy towarzyszącej dla SN 2015cp. Jesienią 2017 roku naukowcy zaaranżowali dodatkowe obserwacje tej supernowej m.in. przez Obserwatorium Kecka na Hawajach, teleskop Karl G. Jansky Very Large Array w Nowym Meksyku i Bardzo Duży Teleskop ESO oraz orbitalne Neil Gehrels Swift Observatory. Dane te okazały się kluczowe w potwierdzeniu obecności wodoru.

Opracowanie: Agnieszka Nowak

Więcej:
Astronomers find signatures of a ‘messy’ star that made its companion go supernova

Źródło: University of Washington

Na zdjęciu: W 2017 roku, 686 dni po eksplozji, HST zarejestrował emisję promieniowania ultrafioletowego (niebieski okrąg) z SN 2015cp, które zostało wywołane przez materię supernowej uderzającą w materię bogatą w wodór, która wcześniej została zrzucona przez gwiezdnego towarzysza. Żółte kółko wskazuje uderzenia promieni kosmicznych, które nie są związane z supernową. Źródło: NASA/Hubble Space Telescope/Graham i inni 2019.