Nowo odkryta pobliska supernowa, z której gwiazda w ciągu roku poprzedzającym eksplozję odrzuciła materię o masie Słońca, podważa obowiązujące teorie ewolucji gwiazd. Najnowsze obserwacje dają astronomom wgląd w to, co dzieje się w ostatnim roku przed śmiercią i eksplozją gwiazdy.
SN 2023ixf to nowa supernowa typu II odkryta w maju 2023 roku przez astronoma-amatora Kōichi Itagaki z Yamagata w Japonii, wkrótce po eksplozji. Niewielka odległość od Ziemi supernowej SN 2023ixf znajdującej się w Galaktyce Wiatraczek jakieś 20 milionów lat świetlnych od Ziemi oraz ekstremalna jasność eksplozji sprawiają, że jest ona prawdziwą skarbnicą wiedzy dla wszystkich naukowców badających procesy prowadzące do śmierci masywnych gwiazd.
Supernowe typu II powstają, gdy czerwone nadolbrzymy o masie co najmniej osiem razy większej i do około 25 masie Słońca zapadają się pod własnym ciężarem i eksplodują. Chociaż SN 2023ixf pasuje do opisu typu II, szczegółowe obserwacje na wielu długościach fal prowadzone przez astronomów z Centrum Astrofizyki | Harvard & Smithsonian (CfA) wskazują na nowe i zaskakujące zachowanie gwiazd, które tak eksplodują.
W ciągu kilku godzin od wybuchu supernowe z zapadnięciem się jądra wytwarzają błysk promieniowania, który pojawia się, gdy fala uderzeniowa z eksplozji dociera do zewnętrznej krawędzi gwiazdy. Jednakże SN 2023ixf wygenerowała krzywą blasku, która wydawała się nie pasować do oczekiwanego zachowania.
Aby lepiej zrozumieć falę uderzeniową SN 2023ixf, zespół naukowców pod kierownictwem doktora habilitowanego CfA Daichi Hiramatsu przeanalizował dane z 1,5-metrowego Teleskopu Tillinghasta, 1,2-metrowego teleskopu i MMT w Obserwatorium Freda Lawrence’a Whipple’a, placówce CfA zlokalizowanej w Arizonie i wielu innych.
To badanie na wielu długościach fal, które zostało opublikowane w tym tygodniu w The Astrophysical Journal Letters, ujawniło, że w ostrej sprzeczności z oczekiwaniami i teorią ewolucji gwiazd, fala uderzeniowa SN 2023ixf opóźniła się o kilka dni.
„Opóźniona fala uderzeniowa jest bezpośrednim dowodem na obecność gęstego materiału powstałego w wyniku niedawnej utraty masy” – powiedział Hiramatsu, dodając, że tak ekstremalna utrata masy jest nietypowa dla supernowych typu II. „Nasze nowe obserwacje ujawniły znaczną i nieoczekiwaną utratę masy – bliską masie Słońca – w ostatnim roku przed eksplozją”.
SN 2023ixf stoi zatem w kontrze do obowiązującej wiedzy astronomów na temat ewolucji masywnych gwiazd i supernowych. Chociaż naukowcy wiedzą, że supernowe powstałe w wyniku zapadnięcia się jądra są głównym źródłem ewolucji pierwiastków, gwiazd neutronowych i czarnych dziur, niewiele wiadomo na temat lat poprzedzających eksplozje gwiazd.
Nowe obserwacje wskazują na potencjalną niestabilność w ostatnich latach życia gwiazdy, skutkującą ekstremalną utratą masy. Może to być związane z końcowymi etapami spalania w jądrze pierwiastków o dużej masie, takich jak krzem.
W połączeniu z obserwacjami na wielu długościach fal prowadzonymi przez Hiramatsu, Edo Berger, profesor astronomii na Harvardzie i CfA oraz doradca Hiramatsu, przeprowadził obserwacje supernowej na falach milimetrowych za pomocą Submillimeter Array (SMA) na szczycie Maunakea na Hawajach.
Dane te, które zostały również opublikowane w The Astrophysical Journal Letters, bezpośrednio śledziły zderzenie pozostałości supernowej z gęstą materią wywianą przez gwiazdę przed eksplozją. „SN 2023ixf eksplodował dokładnie we właściwym czasie” – powiedział Berger. „Zaledwie kilka dni wcześniej rozpoczęliśmy nowy, ambitny trzyletni program badania eksplozji supernowych za pomocą SMA, a naszym pierwszym celem była ta pobliska ekscytująca supernowa”.
„Jedynym sposobem, aby zrozumieć, jak masywne gwiazdy zachowują się w ostatnich latach swojego życia aż do momentu eksplozji, jest odkrycie supernowych, gdy są bardzo młode, a następnie zbadanie ich na różnych długościach fal” – powiedział Berger. „Korzystając zarówno z teleskopów optycznych, jak i milimetrowych, skutecznie przekształciliśmy SN 2023ixf w wehikuł czasu, który pozwala zrekonstruować, co robiła jej gwiazda aż do chwili swojej śmierci”.
Samo odkrycie supernowej i bezpośrednie następstwa mają ogromne znaczenie dla astronomów na całym świecie, w tym dla tych, którzy zajmują się nauką hobbystycznie. Itagaki odkrył supernową 19 maja 2023 roku ze swojego prywatnego obserwatorium w Dobraama w Japonii. Połączone dane uzyskane od Itagaki i innych astronomów-amatorów określiły czas eksplozji z dokładnością do dwóch godzin, dając zawodowym astronomom z CfA i innych obserwatoriów przewagę w badaniach. Astronomowie CfA w dalszym ciągu współpracują z Itagakim przy bieżących obserwacjach optycznych.