Το Supernova που σπάει ρεκόρ είναι μέρος μιας νέας κατηγορίας αντικειμένων
Ο νυχτερινός ουρανός είναι γεμάτος με λάμψεις και λάμψεις, μια συνεχώς μεταβαλλόμενη θάλασσα από φώτα. Μερικές από αυτές τις αλλαγές προέρχονται από συμβάντα με προορισμό τη Γη, όπως αεροσκάφη που πετούν πάνω από το κεφάλι, αλλά μερικές προέρχονται από μακρινές πηγές στο διάστημα. Οι αστρονόμοι κυνηγούν αυτά τα φευγαλέα φαινόμενα, γνωστά ως αστρονομικά παροδικά, παρατηρώντας τακτικά τον ουρανό και αναζητώντας διαφορές που εμφανίζονται.
Οι ερευνητές βρήκαν πρόσφατα ένα παροδικό που ξεπερνά όλα τα άλλα παρόμοια - ένα σουπερνόβα γνωστό ως AT2020mrf. Περιέγραψαν την ανακάλυψή τους σε ένα έγγραφο που δημοσιεύτηκε στον διακομιστή προεκτύπωσης arXiv.org τον περασμένο Δεκέμβριο και υποβλήθηκε στο Astrophysical Journal. Το παρουσίασαν επίσης σε μια εικονική συνέντευξη Τύπου στη συνάντηση της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας του 2022 τον Ιανουάριο. Αυτός ο σουπερνόβα ήταν ένας από τους λαμπρότερους και πιο ενεργητικούς αστρικούς θανάτους που έχουν δει ποτέ, και μπορεί να δώσει μια σπάνια ματιά στο πώς τα τεράστια αστέρια γεννούν μερικά από τα πιο παράξενα αντικείμενα του σύμπαντος:μαύρες τρύπες και αστέρια νετρονίων.
Οι μεγαλύτεροι σταρ πεθαίνουν με εντυπωσιακό τρόπο. Εκρήγνυνται με την ενέργεια ενός μη δισεκατομμυρίου (δηλαδή «1» με 30 μηδενικά πίσω του) ατομικών βομβών σε μια σουπερνόβα, που λάμπουν τόσο έντονα που μερικές φορές μπορούμε να τις δούμε ακόμη και στον νυχτερινό ουρανό με γυμνά μάτια μας. Το AT2020mrf ήταν 10.000 φορές πιο φωτεινό στις ακτίνες Χ από ένα τυπικό σουπερνόβα. Ακολούθησε μερικά άλλα υπερφωτεινά γεγονότα που έχουν παρατηρηθεί τα τελευταία χρόνια - οι αστρονόμοι τα αναφέρουν ως σουπερνόβα τύπου "αγελάδας" ή "αγελάδες", μετά την ανακάλυψη του πρώτου τύπου τους:AT2018 cow. Σε αντίθεση με τις παραδοσιακές σουπερνόβα, οι αγελάδες λάμπουν έντονα σε ακτίνες Χ υψηλής ενέργειας και ραδιοφωνική εκπομπή (οι περισσότερες σουπερνόβα λάμπουν πιο φωτεινό στο ορατό φως). Αλλά η AT2020mrf ήταν η πιο λαμπερή αγελάδα της δέσμης—20 φορές πιο φωτεινή από την αρχική.
Οι αστρονόμοι Yuhan Yao και Shri Kulkarni, και οι δύο στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια, μαζί με την Anna Ho από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ και τον Daniel Perley του Πανεπιστημίου John Moores του Λίβερπουλ στην Αγγλία, εντόπισε για πρώτη φορά αυτή την έκρηξη τον Ιούνιο 2020 σε εικόνες ορατού φωτός από το Zwicky Transient Facility (ZTF), ένα αυτοματοποιημένο τηλεσκόπιο στο Παρατηρητήριο Palomar της Καλιφόρνια. Το φωτεινό σημείο που είδαν αρχικά φαινόταν σαν κάτι ασυνήθιστο και οι αστρονόμοι αγνόησαν αυτό το γεγονός μέχρι σχεδόν ένα χρόνο αργότερα.
Τον Απρίλιο του 2021 Ρώσοι επιστήμονες που συνεργάζονταν με την ομάδα του Yao παρατήρησαν το ίδιο συμβάν ενώ εξέταζαν δεδομένα από το παρατηρητήριο ακτίνων Χ Spectrum-Roentgen-Gamma (SRG). Οι εικόνες τους από τον Ιούλιο του 2020 έδειχναν ακτινογραφίες στην ίδια θέση με το φωτεινό σημείο στα δεδομένα ZTF. Μόλις άκουσε τα νέα, το μυαλό του Γιάο πήγε κατευθείαν στα μυστηριώδη γεγονότα που μοιάζουν με αγελάδες, επειδή είναι ο μόνος τύπος σουπερνόβα που είναι γνωστό ότι εκπέμπει τόσες πολλές ακτίνες Χ. Παρόλο που είχε περάσει ένας χρόνος, η αρχική έκρηξη από το AT2020mrf ήταν τόσο απίστευτα φωτεινή που η Yao υποψιάστηκε ότι θα μπορούσε ακόμα να τη δει με το Παρατηρητήριο ακτίνων Χ Chandra. Οι υπολογισμοί της ήταν σωστοί και οι παρατηρήσεις το έδειξαν ξεκάθαρα, λάμποντας 200 φορές πιο φωτεινά από την αρχική αγελάδα ένα χρόνο μετά την έκρηξη του AT2020mrf.
«Ήταν πραγματικά πολύ ικανοποιητικό όταν ο SRG είδε αυτήν την πηγή, επειδή σκεφτόμασταν ότι ίσως [γεγονότα που μοιάζουν με αγελάδα] να ανακαλυφθούν πρώτα στην ακτινογραφία», λέει ο Yao. "Αυτή είναι η πρώτη φορά που ανακαλύφθηκε πραγματικά στην ακτινογραφία."
Οι αστρονόμοι εξακολουθούν να αναρωτιούνται τι κάνει αυτές τις σουπερνόβα ξεχωριστές. Η τρέχουσα θεωρία είναι ότι οι αγελάδες έχουν μια πολύ ενεργή «κεντρική μηχανή» - κάτι που αφήνει πίσω ο πυρήνας του άστρου, όπως μια μαύρη τρύπα που καταβροχθίζει την ύλη ή ένα αστέρι νετρονίων που περιστρέφεται γρήγορα, που παρέχει ενέργεια στο σουπερνόβα. Έχουν επίσης λιγότερο υλικό που καλύπτει αυτήν την κεντρική περιοχή από τα περισσότερα αστέρια που εκρήγνυνται, παρέχοντας μια άποψη του ενδιαφέροντος κέντρου τους.
Τα αστέρια που παράγουν γεγονότα που μοιάζουν με αγελάδες φαίνεται να εκτοξεύουν υλικό καθώς πλησιάζουν στο θάνατό τους, κάνοντας το περιβάλλον γύρω τους πιο πυκνό και τα ίδια τα αστέρια λίγο μικρότερα. Όταν εκρήγνυνται, υπάρχει λιγότερο αέριο στην άμεση περιοχή γύρω από τον πυρήνα του άστρου, επιτρέποντας στις ακτίνες Χ από τον κεντρικό κινητήρα να διαφύγουν. Το ωστικό κύμα που στέλνει η σουπερνόβα μέσω του περιβάλλοντος χώρου θερμαίνει και το πρόσφατα πυκνό περιβάλλον, δημιουργώντας τη ραδιοεκπομπή που παρατηρούν οι αστρονόμοι. Ο Yao πιστεύει ότι ίσως το AT2020mrf να ήταν ακόμη πιο φωτεινό από τις περισσότερες αγελάδες επειδή είχε εκτοξεύσει ακόμη μεγαλύτερη μάζα, επιτρέποντας στον κεντρικό κινητήρα να λάμπει τόσο έντονα στις ακτίνες Χ.
«Το AT2020mrf είναι πράγματι ένα συναρπαστικό γεγονός, τόσο για αυτό που επιβεβαιώνει για την αυξανόμενη κατηγορία [αντικειμένων που μοιάζουν με αγελάδες] όσο και για όσα μας λέει για την ποικιλομορφία αυτών των μυστηριωδών αστρικών εκρήξεων», λέει ο Brian Metzger, αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο Columbia και το Κέντρο Υπολογιστικής Αστροφυσικής.
Με μόνο τέσσερα προηγούμενα γνωστά γεγονότα που μοιάζουν με αγελάδες, το AT2020mrf καθιερώνει πιο σταθερά αυτήν την ομάδα ως μια νέα κατηγορία έκρηξης. Η πρόσφατη έκρηξη ξεχωρίζει επίσης από τους συμμαθητές της, δείχνοντας τη συναρπαστική ποικιλομορφία των αστρικών θανάτων. Αν και οι επιστήμονες κατανοούν τις μεγάλες πινελιές του τρόπου με τον οποίο πεθαίνουν τα τεράστια αστέρια, οι λεπτομέρειες εξακολουθούν να είναι ασαφείς. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για ορισμένα στάδια του τέλους της ζωής ενός αστεριού, όπως το στάδιο καύσης του πυριτίου, ο τελευταίος γύρος σύντηξης που μπορεί να ολοκληρώσει ένα μεγάλο αστέρι, όταν συγχωνεύει πυρίτιο για να δημιουργήσει σίδηρο. Αυτή η περίοδος διαρκεί μόνο περίπου 18 ημέρες από τη διάρκεια ζωής ενός εκατομμυρίου έως δισεκατομμυρίων ετών του αστεριού. Οι αγελάδες μπορεί να παρέχουν ένα παράθυρο σε αυτό το δύσκολο χρονικό πλαίσιο και να οξύνουν την κατανόησή μας για το πώς γεννιούνται οι μαύρες τρύπες και τα αστέρια νετρονίων μέσα σε σουπερνόβα.
Το AT2020mrf και οι άλλες αγελάδες είναι επίσης απλά συναρπαστικές για τους επιστήμονες. «Μου αρέσει ο ενθουσιασμός όταν βλέπω πώς μια πηγή είναι διαφορετική από όλες τις άλλες», λέει ο Yao. «Ξέρεις, ίσως μια φορά στη ζωή σου, θα βρεις ένα από αυτά τα γεγονότα και πρέπει να αναλάβεις δράση. Πρέπει να μείνεις πάνω από όλα για να πεις την ιστορία του αντικειμένου.» Οι μελλοντικές παρατηρήσεις με το Παρατηρητήριο Vera C. Rubin, μια επερχόμενη ουρανοσκοπική μονάδα παραγωγής ισχύος, και άλλα τηλεσκόπια, ελπίζουμε ότι θα δώσουν στους αστρονόμους ακόμη περισσότερες πληροφορίες για να εργαστούν.
