Teoretici predpovedali prvé pozorovanie úplne nového typu supernovy, ale predtým to nebolo potvrdené.

V roku 2017 bol v údajoch zachytených prieskumom Very Large Array Sky Survey (VLA), projektom, ktorý skenuje nočnú oblohu pomocou rádiových vlnových dĺžok, objavený svetelný a neobvyklý zdroj rádiových vĺn. Tím astronómov vedený postgraduálnym študentom spoločnosti Caltech Dillon Dong (MS ’18) zistil, že jasnú rádiovú žiaru spôsobil Čierna diera alebo neutrónová hviezda V nevídanom procese sa zrazí so svojou sprievodnou hviezdou.

„Masívne hviezdy zvyčajne explodujú ako supernovy, keď sa im minie jadrové palivo,“ hovorí Greg Hallinan, profesor astronómie na Caltechu. „Ale v tomto prípade plynná čierna diera alebo neutrónová hviezda spôsobila, že jej sprievodná hviezda predčasne explodovala.“ Jedná sa o vôbec prvý prípad, kedy bol potvrdený výbuch supernovy spôsobený zlúčením.

V časopise bol uverejnený dokument o výsledkoch Veda 3. septembra 2021.

Jasné žiary na nočnej oblohe

Hallinan a jeho tím hľadajú takzvané rádiové prechody-krátkodobé zdroje rádiových vĺn, ktoré jasne žiaria a rýchlo horia ako zápalka v tmavej miestnosti. Rádiové vysielače sú vynikajúcim spôsobom na identifikáciu neobvyklých astronomických udalostí, akými sú napríklad explodujúce masívne hviezdy a uvoľňujúce energetické prúdy alebo zlúčenia neutrónových hviezd.

Dillon Dong, so 40-metrovou rozhlasovou anténou v rádiovom observatóriu Owens Valley v Caltechu v pozadí.

Ako Dong prehľadával rozsiahly súbor údajov VLA, vybral si vysoko svetelný zdroj rádiových vĺn z prieskumu VLA s názvom VT 1210 + 4956. Tento zdroj je spojený s najjasnejším rádiovým prechodom spojeným so supernovou.

Dong zistil, že jasná rádiová energia bola pôvodne hviezda obklopená silnou a hustou plynnou kôrou. Táto plynná škrupina bola z hviezdy vylúčená niekoľko sto rokov pred dnešným dňom. VT 1210+4956, Radio Transient, nastal, keď hviezda konečne explodovala v supernove a materiál uvoľnený z výbuchu interagoval s plynovou obálkou. Samotný plynový projektil a časová os, v ktorej bol z hviezdy vypustený, boli neobvyklé, takže Dong tušil, že v príbehu tejto explózie môže byť viac.

Dve neobvyklé udalosti

Po Dongovom objave postgraduálna študentka Caltech Anna Ho (PhD ’20) navrhla, aby bol tento rádiový tranzit porovnaný s iným indexom krátkych jasných udalostí v röntgenovom spektre. Niektoré röntgenové udalosti boli také krátke, že na oblohe existovali iba niekoľko sekúnd pozemského času. Preskúmaním tohto iného katalógu Dong objavil zdroj röntgenového žiarenia, ktorý pochádza z rovnakého miesta na oblohe ako VT 1210 + 4956. Dôkladnou analýzou Dong dokázal, že röntgenové lúče a rádiové vlny sú pravdepodobne z tej istej udalosti.

Greg Hallinan

„Prechodné röntgenové lúče boli neobvyklou udalosťou – naznačovali uvoľnenie relativistického prúdu v čase výbuchu,“ hovorí Dong. Rádioluminiscenčná žiara naznačovala, že materiál z tohto výbuchu neskôr narazil do obrovského prstenca hustého plynu, ktorý bol z hviezdy vypustený pred stáročiami. Tieto dve udalosti nie sú navzájom prepojené a samy osebe sú veľmi zriedkavé. “

riešenie hádanky

takže, čo sa stalo? Po starostlivom modelovaní tím identifikoval najpravdepodobnejšie vysvetlenie – udalosť, ktorej sa zúčastňujú niektorí vesmírni hráči, o ktorých je známe, že generujú gravitačné vlny.

Špekulovali o tom, že kompaktný pozostatok predtým vybuchnutej hviezdy – čiernej diery alebo neutrónovej hviezdy – bude čoskoro obiehať okolo hviezdy. Postupom času čierna diera začala ťahať atmosféru svojej sprievodnej hviezdy a vystreľovať ju do vesmíru, pričom tvorila plynový torus. Tento proces priniesol dva objekty stále bližšie, kým sa čierna diera neponorila do hviezdy, čo spôsobilo, že hviezda sa zrútila a explodovala ako supernova.

Röntgenové lúče boli vyrobené prúdom, ktorý bol vystrelený z jadra hviezdy v momente, keď sa zrútila. Rádiové vlny boli naopak produkované o niekoľko rokov neskôr, keď explodujúca hviezda dosiahla torus plynu vypudeného stúpajúcim stlačeným telesom.

Astronómovia vedia, že hmotná hviezda a sprievodný kompaktný objekt môžu vytvárať takzvanú stabilnú obežnú dráhu, pri ktorej sa dva objekty postupne špirálovito približujú stále bližšie počas extrémne dlhého časového obdobia. Tento proces tvorí binárny systém, ktorý je stabilný milióny až miliardy rokov, ale nakoniec sa zrazí a vyžaruje gravitačné vlny detekované lego v 2015 a 2017.

V prípade VT 1210 + 4956 sa však tieto dva objekty zrazili okamžite a katastrofálne, čo malo za následok výbuch röntgenového žiarenia a pozorovaných rádiových vĺn. Napriek tomu, že kolízie ako tieto boli teoreticky predpovedané, VT 1210 + 4956 poskytuje prvý konkrétny dôkaz o tejto udalosti.

Prieskum náhody

Prieskum VLA Sky Survey produkuje obrovské množstvo údajov o rádiových signáloch z nočnej oblohy, ale prechádzať týmito údajmi a objaviť zaujímavú a jasnú udalosť, ako je VT 1210+4956, je ako nájsť ihlu v kope sena. Dong hovorí, že nájsť túto konkrétnu ihlu bola svojim spôsobom náhoda.

„Mali sme nápady, čo by sme mohli nájsť v prieskume VLA, ale boli sme otvorení možnosti nájsť veci, ktoré sme nečakali,“ vysvetľuje Dong. „Vytvorili sme podmienky na objavenie niečoho zaujímavého tým, že sme robili voľne obmedzené a otvorené prehľadávania veľkých súborov údajov a potom sme vzali do úvahy všetky kontextové stopy, ktoré môžeme zhromaždiť o objektoch, ktoré sme našli. Počas tohto procesu sa ocitnete v rôznych smeroch. rôzne interpretácie a jednoducho necháte prírodu, aby vám povedala, čo tam je. “

Príspevok mal názov „Prechodný rádiový zdroj zodpovedajúci fúznej supernove“. Dillon Dong je prvým autorom. Okrem Hallinana a Hu sú ďalšími spoluautormi Ehud Nakar, Andrew Hughes, Kenta Hotukizaka, Steve Myers (PhD 90), Keshalai Dee (MS ’18, PHD ’21), Kunal Moli (PhD 15), Vikram Ravi, Asaf Horesh, Mansi Kesliwal (MS ’07, Ph.D. ’11) a Shree Kulkarni. Financovanie poskytla Národná vedecká nadácia, Americko-izraelská bilaterálna vedecká nadácia, I-jadrový program výboru pre plánovanie a rozpočet a Izraelská vedecká nadácia, Rada pre prírodné vedy a inžinierstvo Kanady, Millerov inštitút pre základný výskum v r. Veda na UC Berkeley a Japonskej spoločnosti pre podporu vedy, Program raných profesionálnych vedcov, Národné observatórium rádioastronómie a Nadácia Heising-Simons.