Las Cumbres Observatory na Darubini ya Anga ya Hubble iliyojumuisha rangi ya supernova-capture 2018zd (kitone kikubwa cheupe upande wa kulia) na mwenyeji wa galaksi ya nyota NGC 2146 (kuelekea kushoto). Credit: NASA/STScI/J. DePasquale; Las Cumbres Observatory
Timu ya ulimwenguni pote inayoongozwa na wanasayansi katika Las Cumbres Observatory imegundua ushahidi wa kwanza wa kusadikisha wa aina mpya ya mlipuko wa nyota - supernova ya kunasa elektroni. Ingawa zimekuwa za nadharia kwa miaka 40, mifano ya ulimwengu halisi imekuwa ngumu. Inafikiriwa kutokea kutokana na milipuko ya nyota kubwa za tawi la super-asymptotic (SAGB), ambayo pia kumekuwa na ushahidi mdogo. Ugunduzi huo pia unatoa mwanga mpya juu ya fumbo la miaka elfu moja la supernova kutoka AD 1054 ambalo lilionekana ulimwenguni kote wakati wa mchana, kabla ya kuwa Nebula ya Crab.
Kihistoria, kumekuwa na aina mbili kuu za supernova. Moja ni supernova ya thermonuclear - mlipuko wa nyota kibete nyeupe baada ya kupata jambo katika mfumo wa nyota binary. Vibete hivi vyeupe ni chembe mnene za majivu ambazo husalia baada ya nyota yenye uzito mdogo (moja hadi mara 8 ya wingi wa jua) kufikia mwisho wa maisha yake. Aina nyingine kuu ya supernova ni supernova ya msingi wa chuma ambapo nyota kubwa - moja zaidi ya mara 10 ya uzito wa jua - huishiwa na mafuta ya nyuklia na msingi wake wa chuma huanguka, na kuunda shimo nyeusi au nyota ya nyutroni. Supernovae ya kukamata elektroni iko kwenye mpaka kati ya aina hizi mbili za supernovae. Nyota huacha kuchanganyika chembe zake zinapotengenezwa kwa oksijeni, neon, na magnesiamu; sio kubwa vya kutosha kuunda chuma.
Ingawa nguvu ya uvutano inajaribu kuponda nyota kila wakati, kinachozuia nyota nyingi zisiporomoke ni aidha muunganisho unaoendelea, au katika chembe ambapo muunganisho umesimama, ukweli kwamba huwezi kufunga atomi kwa nguvu zaidi. Katika supernova ya kunasa elektroni, baadhi ya elektroni katika oksijeni - neon - msingi wa magnesiamu huvunjwa kwenye viini vyao vya atomiki, katika mchakato unaoitwa kukamata elektroni. Uondoaji huu wa elektroni husababisha kiini cha nyota kujifunga chini ya uzito wake na kuanguka, na kusababisha supernova ya elektroni.
Ikiwa nyota ilikuwa nzito kidogo, vipengele vya msingi vingeweza kuunganisha ili kuunda vipengele nzito, kuongeza muda wa maisha yake. Kwa hivyo ni aina ya hali ya kinyume cha Goldilocks: nyota si nyepesi vya kutosha kuepuka kuporomoka kwa kiini chake, wala si nzito vya kutosha kurefusha maisha yake na kufa baadaye kupitia njia tofauti.
Hiyo ndiyo nadharia iliyotungwa kuanzia 1980 na Ken'ichi Nomoto wa Chuo Kikuu cha Tokyo, na wengine. Kwa miongo kadhaa, wananadharia wameunda utabiri wa nini cha kutafuta katika supernova ya kunasa elektroni na watangulizi wao wa nyota wa SAGB. Nyota zinapaswa kuwa na misa nyingi, zipoteze mengi kabla ya kulipuka, na misa hii karibu na nyota inayokufa inapaswa kuwa ya kemikali isiyo ya kawaida. Kisha supernova ya kunasa elektroni inapaswa kuwa dhaifu, iwe na athari kidogo ya mionzi, na iwe na vitu vyenye nyutroni kwenye msingi.
Maonyesho ya msanii ya nyota kubwa ya tawi isiyo na dalili (kushoto) na kiini chake (kulia) kinachoundwa na oksijeni (O), neon (Ne), na magnesiamu (Mg). Nyota kubwa ya tawi isiyo na dalili ni hali ya mwisho ya nyota katika safu ya wingi ya takriban 8-10 za sola, ambazo kiini chake ni shinikizo linaloungwa mkono na elektroni (e-). Wakati msingi unakuwa mzito wa kutosha, neon na magnesiamu huanza kula elektroni (zinazojulikana kama miitikio ya kukamata elektroni), kupunguza shinikizo la msingi na kusababisha mlipuko wa msingi wa supernova. Credit: S. Wilkinson; Las Cumbres Observatory
utafiti mpya, iliyochapishwa katika Hali ya Astronomy, inaongozwa na Daichi Hiramatsu, mwanafunzi aliyehitimu katika Chuo Kikuu cha California, Santa Barbara (UCSB), na Las Cumbres Observatory (LCO). Hiramatsu ni mshiriki mkuu wa Mradi wa Global Supernova, timu ya ulimwenguni pote ya wanasayansi wanaotumia dazeni nyingi za darubini kote na juu ya ulimwengu. Timu iligundua kuwa supernova SN 2018zd ilikuwa na sifa nyingi zisizo za kawaida, ambazo zingine zilionekana kwa mara ya kwanza kwenye supernova.
Ilisaidia kwamba supernova ilikuwa karibu - umbali wa miaka milioni 31 tu ya mwanga - katika galaksi ya NGC 2146. Hii iliruhusu timu kuchunguza picha za kumbukumbu zilizopigwa kabla ya mlipuko kutoka kwa ndege. Darubini ya Nafasi ya Hubble na kugundua nyota inayowezekana kabla haijalipuka. Uchunguzi huo ulilingana na nyota nyingine ya SAGB iliyotambuliwa hivi majuzi katika Milky Way, lakini haiendani na mifano ya supergiants nyekundu, watangulizi wa supernovae ya kawaida ya msingi wa chuma.
Utafiti huo ulichunguza data yote iliyochapishwa juu ya supernovae, na ikagundua kuwa ingawa baadhi walikuwa na viashiria vichache vilivyotabiriwa kwa supernovae-capture ya elektroni, ni SN 2018zd pekee ndiye alikuwa na yote sita - mzazi wa SAGB, upotezaji mkubwa wa pre-supernova, nyota isiyo ya kawaida. muundo wa kemikali, mlipuko dhaifu, mionzi kidogo, na kiini chenye nyutroni.
"Tulianza kwa kuuliza 'ni ajabu gani hii?'" Hiramatsu alisema. "Kisha tukachunguza kila kipengele cha SN 2018zd na tukagundua kuwa zote zinaweza kuelezewa katika hali ya kunasa elektroni."
Ugunduzi mpya pia huangazia baadhi ya mafumbo ya supernova maarufu zaidi ya zamani. Mnamo AD 1054 supernova ilitokea kwenye Galaxy ya Milky Way, na kulingana na rekodi za Wachina na Wajapani, ilikuwa mkali sana hivi kwamba inaweza kuonekana wakati wa mchana kwa siku 23, na usiku kwa karibu miaka miwili. Mabaki yaliyotokana, Nebula ya Crab, yamechunguzwa kwa undani sana. Hapo awali ilikuwa mgombea bora wa supernova ya kunasa elektroni, lakini hii haikuwa ya uhakika kwa sababu mlipuko ulitokea karibu miaka elfu iliyopita. Matokeo mapya yanaongeza imani kwamba SN 1054 ya kihistoria ilikuwa supernova ya kukamata elektroni. Pia inaeleza kwa nini supernova hiyo ilikuwa angavu ikilinganishwa na mifano: mwangaza wake pengine uliimarishwa kwa njia ya bandia na ejecta ya supernova iliyogongana na nyenzo iliyotupwa na nyota ya asili kama ilivyoonekana katika SN 2018zd.
Dk. Ken Nomoto katika IPMU ya Kavli ya Chuo Kikuu cha Tokyo alifurahi kwamba nadharia yake ilikuwa imethibitishwa, na kuongeza "Nimefurahishwa sana kwamba supernova ya electron-capture hatimaye iligunduliwa, ambayo wenzangu na mimi tulitabiri kuwepo na kuwa na uhusiano. hadi Crab Nebula miaka 40 iliyopita. Ninashukuru sana juhudi kubwa zinazohusika katika kupata uchunguzi huu. Hii ni kesi nzuri ya mchanganyiko wa uchunguzi na nadharia.
Hiramatsu aliongeza, "Ilikuwa 'wakati wa Eureka' kwetu sote kwamba tunaweza kuchangia kufunga kitanzi cha kinadharia cha miaka 40, na kwangu kibinafsi kwa sababu taaluma yangu ya unajimu ilianza nilipotazama picha za kushangaza za ulimwengu. Ulimwengu katika maktaba ya shule ya upili, moja ambayo ilikuwa Nebula ya Kaa ya kitabia iliyochukuliwa na Darubini ya Nafasi ya Hubble".
"Neno la Rosetta Stone linatumika mara nyingi sana kama mlinganisho tunapopata kitu kipya cha anga," alisema Dk. Andrew Howell, mwanasayansi wa wafanyikazi katika Las Cumbres Observatory na kitivo cha adjunct katika UCSB, "lakini katika kesi hii nadhani inafaa. . Supernova hii inatusaidia kihalisi kusimbua rekodi za miaka elfu moja kutoka kwa tamaduni kote ulimwenguni. Na inatusaidia kuhusisha jambo moja ambalo hatuelewi kikamilifu, Crab Nebula, na jambo lingine ambalo tuna rekodi za kisasa za ajabu, hii supernova. Katika mchakato huo inatufundisha kuhusu fizikia ya kimsingi: jinsi baadhi ya nyota za nyutroni zinavyotengenezwa, jinsi nyota kali huishi na kufa, na kuhusu jinsi vipengele ambavyo tumeumbwa huweza kuumbwa na kutawanyika kuzunguka ulimwengu.” Dk. Howell ndiye kiongozi wa Mradi wa Global Supernova, na mshauri wa PhD wa mwandishi mkuu.
Kwa zaidi juu ya utafiti huu:
Rejea: "The electron-capture origin of supernova 2018zd" by Daichi Hiramatsu, D. Andrew Howell, Schuyler D. Van Dyk, Jared A. Goldberg, Keiichi Maeda, Takashi J. Moriya, Nozomu Tominaga, Ken'ichi Nomoto, Griffin Hosseinzadeh , Iair Arcavi, Curtis McCully, Jamison Burke, K. Azalee Bostroem, Stefano Valenti, Yize Dong, Peter J. Brown, Jennifer E. Andrews, Christopher Bilinski, G. Grant Williams, Paul S. Smith, Nathan Smith, David J. Sand, Gagandeep S. Anand, Chengyuan Xu, Alexei V. Filippenko, Melina C. Bersten, Gastón Folatelli, Patrick L. Kelly, Toshihide Noguchi na Koichi Itagaki, 28 Juni 2021, Hali ya Astronomy.
DOI: 10.1038/s41550-021-01384-2
DH, DAH, GH, CM, na JB ziliungwa mkono na ruzuku za Wakfu wa Kitaifa wa Sayansi ya Marekani (NSF) AST-1313484 na AST-1911225, pamoja na ruzuku ya National Aeronautics and Space Administration (NASA) 80NSSC19kf1639.
