Nowe odkrycie może pomóc rozwiązać zagadkę zaginionych masywnych czerwonych nadolbrzymów.
Zespół astronomów pod kierownictwem Northwestern University uchwycił jak dotąd najbardziej szczegółowy obraz skazanej na zagładę gwiazdy, zanim eksplodowała.
Za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST), międzynarodowy zespół astronomów po raz pierwszy zidentyfikował gwiazdę źródłową, czyli prekursora supernowej, w zakresie średniej podczerwieni. Obserwacje te – w połączeniu z archiwalnymi zdjęciami z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a – ujawniły, że eksplozja pochodziła od masywnego czerwonego nadolbrzyma, spowitego nieoczekiwaną zasłoną pyłu.
Odkrycie może pomóc w rozwiązaniu trwającej od dziesięcioleci zagadki, dlaczego masywne czerwone nadolbrzymy rzadko eksplodują. W końcu modele teoretyczne przewidują, że czerwone nadolbrzymy powinny stanowić większość supernowych powstających w wyniku zapadnięcia się jądra masywnej gwiazdy. Nowe badania pokazują, że te gwiazdy eksplodują, ale są po prostu ukryte w gęstych obłokach pyłu. Dzięki nowym możliwościom JWST astronomowie mogą wreszcie przebić się przez pył i dostrzec te zjawiska, wypełniając lukę między teorią a obserwacją.
Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie The Astrophysical Journal Letters. Jest to pierwsze wykrycie przez JWST prekursora supernowej.
Od wielu dekad staramy się dokładnie określić, jak wyglądają eksplozje czerwonych nadolbrzymów – powiedział Charlie Kilpatrick z Northwestern, który kierował badaniami. Dopiero teraz, dzięki JWST, dysponujemy danymi i obserwacjami w podczerwieni o jakości pozwalającej precyzyjnie określić typ eksplodującego czerwonego nadolbrzyma i jego bezpośrednie otoczenie. Czekaliśmy na to – na wybuch supernowej w galaktyce, którą JWST już obserwował. Połączyliśmy zbieranie danych z Hubble’a i JWST, aby po raz pierwszy w pełni scharakteryzować tę gwiazdę.
Najczerwieńszy i najbardziej zakurzony przodek, jakiego kiedykolwiek zaobserwowano
Korzystając z automatycznego przeglądu supernowych All-Sky Automated Survey of SuperNovae (ASAS-SN), astronomowie po raz pierwszy wykryli supernową, nazwaną SN2025pht, 29 czerwca 2025 roku. Jej światło dotarło z pobliskiej galaktyki NGC 1637, oddalonej od Ziemi o 40 milionów lat świetlnych.
Porównując zdjęcia NGC 1637 z HST i JWST sprzed i po eksplozji gwiazdy, Kilpatrick, Aswin Suresh, student fizyki i astronomii na Weinberg College of Arts and Sciences na Northwestern University i członek grupy badawczej Kilpatricka, oraz ich współpracownicy znaleźli gwiazdę macierzystą SN2025pht. Od razu rzucała się w oczy – niezwykle jasna i niesamowicie czerwona. Chociaż gwiazda świeciła około 100 000 razy jaśniej niż nasze Słońce, otaczający ją pył przysłaniał znaczną część tego światła. Pyłowa zasłona była tak gruba, że gwiazda wydawała się 100 razy słabsza w świetle widzialnym niż bez pyłu. Ponieważ pył blokował krótsze, bardziej niebieskie fale światła, gwiazda wydawała się również zaskakująco czerwona.
To najczerwieńszy, najbardziej zapylony czerwony nadolbrzym, którego kiedykolwiek widzieliśmy eksplodującego jako supernowa – powiedział Suresh.
Czerwone nadolbrzymy, masywne gwiazdy w późnych stadiach swojego życia, należą do największych gwiazd we Wszechświecie. Kiedy ich jądra zapadają się, eksplodują jako supernowe typu II, pozostawiając po sobie gwiazdę neutronową lub czarną dziurę. Najbardziej znanym przykładem czerwonego nadolbrzyma jest Betelgeza, jasna, czerwona gwiazda w ramieniu konstelacji Oriona.
SN2025pht jest zaskakująca, ponieważ wydawała się znacznie bardziej czerwona niż prawie każdy inny czerwony nadolbrzym, który kiedykolwiek eksplodował jako supernowa – dodał Kilpatrick. To oznacza, że poprzednie eksplozje mogły być znacznie jaśniejsze, niż sądziliśmy, ponieważ nie dysponowaliśmy danymi w podczerwieni o takiej samej jakości, jaką zapewnia teraz JWST.
Wskazówki ukryte w pyle
Potężny obłok pyłu może wyjaśnić, dlaczego astronomowie mają trudności ze znalezieniem przodków czerwonych nadolbrzymów. Większość masywnych gwiazd, które eksplodują jako supernowe, to najjaśniejsze i najbardziej świecące obiekty na niebie. Teoretycznie powinny być więc łatwe do zauważenia przed eksplozją. Jednak tak nie jest.
Astronomowie zakładają, że najmasywniejsze starzejące się gwiazdy mogą być jednocześnie najbardziej zapylone. Te grube warstwy pyłu mogą przyćmiewać światło gwiazd do tego stopnia, że będą całkowicie niewykrywalne. Nowe obserwacje JWST potwierdzają tę hipotezę.
Przekonywałem o tej interpretacji, ale nawet ja nie spodziewałem się zobaczyć tak ekstremalnego przypadku jak SN2025pht – powiedział Kilpatrick. To by wyjaśniało, dlaczego brakuje tych bardziej masywnych nadolbrzymów, ponieważ zazwyczaj są one bardziej zapylone.
Oprócz obecności samego pyłu, zaskakujący był również jego skład. Podczas gdy czerwone nadolbrzymy zazwyczaj produkują bogaty w tlen pył krzemianowy, pył tej gwiazdy wydawał się bogaty w węgiel. Sugeruje to, że silna konwekcja w ostatnich latach życia gwiazdy mogła wydobyć węgiel z głębi, wzbogacając jej powierzchnię i zmieniając rodzaj wytwarzanego pyłu.
Długości fal podczerwonych z naszych obserwacji pokrywają się z ważną strukturą pyłu krzemianowego, charakterystyczną dla widm niektórych czerwonych nadolbrzymów – powiedział Kilpatrick. To wskazuje, że wiatr był bardzo bogaty w węgiel i mniej bogaty w tlen, co również było nieco zaskakujące w przypadku czerwonego nadolbrzyma o tej masie.
Nowa era dla eksplodujących gwiazd
Nowe badania to pierwszy raz, kiedy astronomowie wykorzystali teleskop JWST do bezpośredniej identyfikacji gwiazdy będącej protoplastą supernowej, co otwiera drogę do wielu kolejnych odkryć. Rejestrując światło w zakresie bliskiej i średniej podczerwieni, teleskop JWST może ujawnić ukryte gwiazdy i dostarczyć brakujących informacji o życiu i śmierci najmasywniejszych gwiazd.
Zespół poszukuje obecnie podobnych czerwonych nadolbrzymów, które w przyszłości mogą eksplodować jako supernowe. Obserwacje z przyszłego Kosmicznego Teleskopu Roman mogą w tym pomóc. Teleskop Roman będzie miał rozdzielczość, czułość i zakres długości fal podczerwonych pozwalające na obserwację tych gwiazd i potencjalnie na zaobserwowanie ich zmienności, gdy pod koniec swojego życia wyrzucają duże ilości pyłu.
Wraz z uruchomieniem JWST i zbliżającym się startem misji Roman, nadszedł ekscytujący czas na badanie masywnych gwiazd i protoplastów supernowych – powiedział Kilpatrick. Jakość danych i nowych odkryć, które poczynimy, przewyższa wszystko, co zaobserwowano w ciągu ostatnich 30 lat.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Webb Telescope unveils doomed star hidden in dust
- The Type II SN 2025pht in NGC 1637: A Red Supergiant with Carbon-rich Circumstellar Dust as the First JWST Detection of a Supernova Progenitor Star
Źródło: Uniwersytet Northwestern
Na ilustracji: Korzystając z teleskopu kosmicznego Jamesa Webba należącego do NASA, międzynarodowy zespół naukowców uchwycił najdokładniejszy jak dotąd obraz skazanej na zagładę gwiazdy (zaznaczonej w ramce powyżej) przed jej eksplozją. Źródło zdjęcia: NASA, ESA, CSA, STScI, Charles Kilpatrick, Aswin Suresh
