Зірки вибухають у запилених галактиках – ми не завжди можемо їх побачити

Вибухові зірки породжують захоплюючі світлові шоу. Інфрачервоні телескопи, такі як Спітцер, здатні бачити крізь серпанок і дають краще уявлення про те, як часто відбуваються ці виверження.

Можна подумати, що наднові – передсмертні кадри масивних зірок і серед найяскравіших і найпотужніших вибухів у Всесвіті – було б важко пропустити. Однак кількість таких вибухів, що спостерігаються у найвіддаленіших частинах Всесвіту, значно нижча від очікувань астрофізиків.

Нове дослідження з використанням даних з НАСАНещодавно відставний космічний телескоп “Спітцер” повідомив про відкриття п’яти наднових зірок, які ніколи раніше не бачилися, не виявлених в оптичному світлі. Спітцер побачив Всесвіт в інфрачервоному світлі, яке проникає крізь хмари пилу, що блокують оптичне світло – таке світло, яке бачать наші очі, і що безперешкодні наднові випромінюють найяскравіше.

Щоб знайти приховані наднові, дослідники вивчили спостереження Спітцера над 40 запиленими галактиками. (У космосі пил відноситься до зерноподібних частинок із текстурою, подібною до диму.) Виходячи з кількості, яку вони виявили у цих галактиках, дослідження підтверджує, що наднові насамперед трапляються так часто, як очікують вчені. Це передбачення базується на нинішньому розумінні вченими того, як еволюціонують зірки. Такі дослідження необхідні для вдосконалення цього розуміння шляхом зміцнення або оскарження певних його аспектів.

Завантажте цей безкоштовний плакат NASA, який згадує відставний космічний телескоп Спітцер. Кредит: NASA/JPL-Caltech

“Ці результати зі Спітцером показують, що оптичні дослідження, на які ми спиралися протягом тривалого часу, щоб виявити наднові, пропускають майже половину зіркових спалахів, що відбуваються у Всесвіті”, – сказав Орі Фокс, науковець Наукового інституту космічного телескопа. у Балтиморі. Меріленд, та провідний автор нового дослідження, яке було опубліковане у щомісячних сповіщеннях Королівського астрономічного товариства. “Це дуже хороша новина, що кількість наднових, які ми бачимо зі Шпіцером, статистично відповідає теоретичним прогнозам”.

“Парадокс наднової” – невідповідність між кількістю передбачуваних наднових і кількістю, що спостерігається оптичними телескопами – не є проблемою у сусідньому Всесвіті. Там галактики сповільнили темпи утворення зірок і, як правило, менш запилені. У найвіддаленіших регіонах Всесвіту галактики здаються молодшими, виробляють зірки з більшою швидкістю і мають більшу кількість пилу. Цей пил поглинає і розсіює оптичне та ультрафіолетове світло, не даючи йому досягти телескопів. Тож дослідники давно аргументували, що відсутні наднові повинні існувати і бути невидимими.

“Оскільки локальна Всесвіт трохи охолола з перших років створення зірок, ми бачимо очікувану кількість наднових зі звичайними оптичними пошуками”, – сказав Фокс. “Однак швидкість виявлення наднової сповільнюється, коли ви рухаєтесь далі, і повертається до космічних віків, коли переважали найпильніші галактики”.

Виявлення наднових на таких великих відстанях може бути складним завданням. Для пошуку наднових, оточених таємничими галактичними світами, але на менш екстремальних відстанях, команда Фокса вибрала локальну групу з 40 галактик, задихнутих пилом, відомих як світяться та надсвітлові інфрачервоні галактики (LIRG та ULIRG відповідно). Пил у LIRG та ULIRG поглинає оптичне світло від таких об’єктів, як наднові, але дозволяє інфрачервоному випроміненню від цих самих об’єктів проходити безперешкодно, поки такі телескопи, як Шпіцер, не зможуть його виявити.

Передбачення дослідників виявилося правильним, коли п’ять ніколи не бачених наднових з’явилися в (інфрачервоному) світлі. “Це свідчення відкриття потенціалу Спітцера, що телескоп зміг вловити тонкий сигнал наднової з цих запилених галактик”, – сказав Фокс.

Співавтор дослідження Олексій Філіпенко, професор астрономії в Каліфорнійський університет, Берклі. “Вони допомогли відповісти на питання:” Куди поділися всі наднові? ” “

Типи наднових, які відкрив Спітцер, відомі як “основні колапсові наднові”, до складу яких входять зірки -гіганти, маса яких принаймні у вісім разів перевищує масу Сонця. З віком і їх ядра наповнюються залізом, великі зірки більше не здатні виробляти достатньо енергії, щоб витримати їх тяжіння, і їх ядра раптово і катастрофічно руйнуються.

Інтенсивний тиск і температура, що утворюються під час швидкого отелення, утворюють нові хімічні елементи шляхом ядерного синтезу. Зруйновані зірки зрештою відскакують від своїх надщільних ядер, роздираючи себе на крихітні шматочки і розсіюючи ці елементи по космосу. Наднові утворюють “важкі” елементи, як і більшість металів. Ці елементи є важливими для побудови скелястих планет, таких як Земля, а також біологічних організмів. Загалом, швидкості наднових є важливим дослідженням моделей зіркоутворення та утворення важких елементів у Всесвіті.

“Якщо у вас є вказівка ​​на те, скільки зірок формується, ви можете передбачити, скільки вибухне”, – сказав Фокс. “Або, навпаки, якщо у вас є вказівка ​​на те, скільки зірок вибухає, ви можете передбачити, скільки зірок утворюється. Розуміння цього взаємозв’язку має вирішальне значення для багатьох областей вивчення астрофізики”.

Телескопи наступного покоління, включаючи космічний телескоп НАСА “Роман Ненсі Грейс” і космічний телескоп Джеймса Вебба, будуть виявляти інфрачервоне світло, наприклад “Спітцер”.

“Наше дослідження показало, що моделі зіркоутворення більш узгоджуються зі швидкістю наднових, ніж вважалося раніше”, – сказав Фокс. “І відкривши ці приховані наднові, Спітцер відкрив шлях до нових видів відкриттів за допомогою космічних телескопів Вебба та Риму”.

Довідка: «А Шпіцер Огляд наднових, затулених пилом »Урі де Вокса, Харіша Хандріки, Девіда Рубіна, Чедвіка Каспера, Гері З Лі, Тамаша Шалай, Лі Армоса, Олексія В. Філіпенка, Майкла Ф. Скруцького, Лу Струльгера та Шейлера де Ван Дейка, 21 червня 2021 р. Та Щомісячні повідомлення Королівського астрономічного товариства.
DOI: 10.1093/mnras/stab1740

Детальніше про місію

Лабораторія реактивного руху НАСА в Південній Каліфорнії виконувала операції місії та командувала місією космічного телескопа Спітцер для Директората наукової місії агентства у Вашингтоні. Наукові операції проводилися в науковому центрі Шпіцера при Каліфорнійському технологічному інституті в Пасадені. Операції космічних кораблів базувалися в космосі Lockheed Martin у Літтлтоні, штат Колорадо. Дані архівуються в Інфрачервоному науковому архіві, що знаходиться в IPAC в Каліфорнійському технологічному інституті. Caltech працює Лабораторія реактивного руху до НАСА.