Komunikat prasowy

Znaleziono brakujące połączenie dla supernowych dających początek czarnym dziurom lub gwiazdom neutronowym

10 stycznia 2024

Astronomowie znaleźli bezpośredni związek pomiędzy wybuchową śmiercią masywnych gwiazd i powstawaniem najbardziej zwartych i tajemniczych obiektów we Wszechświecie: czarnych dziur i gwiazd neutronowych. Dzięki pomocy Bardzo Dużego Teleskopu (VLT), należącego do Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO), a także Teleskopu Nowej Technologii (NTT), również z ESO, dwóm zespołom badawczym udało się zaobserwować następstwa wybuchu supernowej w pobliskiej galaktyce, odnajdując dowód na pozostały po tym zagadkowy zwarty obiekt.

Gdy masywne gwiazdy docierają do końca swojego życia, zapadają się pod wpływem własnej grawitacji tak gwałtownie, że następuje gwałtowna eksplozja, znana jako supernowa. Astronomowie sądzą, że po całym zamieszaniu związanym z wybuchem pozostaje ultragęste jądro, albo zwarta pozostałość, gwiazdy. W zależności od tego, jak masywna jest gwiazda, zwarta pozostałość będzie albo gwiazdą neutronową – obiektem tak gęstym, że łyżeczka jego materii ważyłaby na Ziemi około biliona kilogramów – albo czarną dziurą – obiektem, z którego nic nie może uciec, nawet światło.

W przeszłości astronomowie znaleźli wiele wskazówek sugerujących na taki łańcuch wydarzeń, np. znajdując gwiazdę neutronową w Mgławicy Krab, obłoku gazowym pozostałym po eksplozji gwiazdy blisko tysiąc lat temu. Ale nigdy dotąd nie obserwowano takiego procesu w czasie rzeczywistym, co oznacza, że bezpośredni dowód na to, że supernowa pozostawia po sobie zwartą pozostałość, pozostawał nieuchwytny. „W naszej pracy pokazujemy właśnie taki bezpośredni związek” mówi Ping Chen, badaczka z Weizmann Institute of Science w Izraelu, pierwsza autorka badań opublikowanych dzisiaj w „Nature” i zaprezentowanych podczas 243. Spotkania Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego w Nowym Orleanie w USA.

Szczęśliwy dla naukowców traf nastąpił w maju 2022 roku, gdy południowoafrykański miłośnik astronomii Berto Monard odkrył supernową SN 2022jli w ramieniu spiralnym pobliskiej galaktyki NGC 157, położonej 75 milionów lat świetlnych od nas. Dwa oddzielne zespoły naukowe skupiły swoją uwagę na skutkach eksplozji i ustaliły, że zachowuje się ona wyjątkowo.

Po wybuchu jasność większości supernowych po prostu spada wraz z upływem czasy: astronomowie widzą płynny, stopniowy spadek krzywej blasku. Ale zachowanie SN 2022jli jest bardzo dziwne: o ile całkowita jasność spada, to nie dzieje się to płynnie, ale zamiast tego oscyluje w górę i w dół co mniej więcej 12 dni. W danych SN 2022jli widzimy powtarzającą się sekwencję pojaśnień i spadków blasku, mówi Thomas Moore, doktorant na Queen’s University Belfast w Irlandii Północnej, który kierował badaniami supernowej opublikowanymi pod koniec ubiegłego roku w „Astrophysical Journal”. „Po raz pierwszy w krzywej blasku supernowej wykryto powtarzające się przez wiele cykli periodyczne oscylacje” wskazał w swojej publikacji.

Zarówno zespół Moore’a, jak i Chen, sądzą, że wyjaśnieniem dziwnego zachowania jest istnienie więcej niż jednej gwiazdy w systemie SN 2022jli. Nie jest to nietypowe dla masywnych gwiazd, aby mieć gwiazdową towarzyszkę w tzw. układzie podwójnym. Gwiazda, która spowodowała SN 2022jli nie była w tym wyjątkiem. Jednak to co jest niezwykłe w tym systemie, to kwestia, że wydaje się, iż towarzysząca gwiazda przetrwała gwałtowną śmierć swojej partnerki i oba obiekty (zwarta pozostałość oraz drugi składnik układu) nadal krążą po orbitach wokół siebie.

Dane zebrane przez zespół Moore’a obejmowały obserwacje przy pomocy teleskopu NTT na pustyni Atakama w Chile, należącego do ESO. Nie pozwoliły na ustalenie dokładnie, w jaki sposób interakcje pomiędzy dwoma obiektami wywołują wzrosty i spadki w krzywej blasku. Jednak zespół Chen dodał kolejne obserwacje. W jasności systemu w zakresie widzialnym odnaleziono te same regularne fluktuacje, które wykrył zespół Moore’a. Dostrzeżono też periodyczne ruchy gazu wodorowego i rozbłyski promieniowania gamma w układzie. Obserwacje te były możliwe dzięki całemu zestawowi instrumentów naziemnych i kosmicznych, w tym instrumentowi X-shooter na należącym do ESO teleskopie VLT w Chile.

Po połączeniu wszystkich wskazówek razem, oba zespoły generalnie są zgodne, że towarzysząca gwiazda oddziałuje z materią wyrzuconą podczas wybuchu supernowej, jej bogata w wodór atmosfera stała się bardziej napuchnięta niż zwykle. Następnie, gdy zwarty obiekt pozostały po wybuchu, przeleciał przez atmosferę swojej towarzyszki, ukradł gaz wodorowy, tworząc wokół siebie gorący dysk materii. Periodyczna kradzież materii, albo akrecja, uwolniła dużo energii, co zostało wykryte w obserwacjach jako regularne zmiany jasności.

Pomimo, iż zespoły nie mogły obserwować  światła pochodzącego od samego obiektu zwartego, wywnioskowały, że ta energetyczna kradzież może być spowodowana jedynie niewidoczną gwiazda neutronową, albo czarną dziurą przyciągająca materię ze swojej towarzyszącej gwiazdy. „Nasze badania to jak rozwiązywanie zagadki poprzez gromadzenie wszystkich możliwych dowodów” mówi Chen. „Wszystkie te element układają się w jedną całość prowadzącą do prawdy.”

Nawet z potwierdzonym istnieniem czarnej dziury lub gwiazdy neutronowej pozostaje wiele do odkrycia w tym tajemniczym systemie, w tym dokładna natura zwartego obiektu, albo co może czekać układ podwójny. Następna generacja teleskopów, takich jak Ekstremalnie Wielki Teleskop (ELT), budowany przez ESO, powinna zacząć działanie w dalszej części tego dziesięciolecia. Pomogą w tym, pozwalając astronomom na bezprecedensowe odkrycie  szczegółów tego unikalnego systemu.

Więcej informacji

Wyniki badań zaprezentowano w dwóch artykułach. Zespół badawczy kierowany przez P. Chen opublikował w Nature artykuł pt. “A 12.4 day periodicity in a close binary system after a supernova” (doi: 10.1038/s41586-023-06787-x).

Skład zespołu badawczego: P. Chen (Department of Particle Physics and Astrophysics, Weizmann Institute of Science, Israel [Weizmann Institute]), A. ​​Gal-Yam (Weizmann Institute), J. Sollerman (The Oskar Klein Centre, Department of Astronomy, Stockholm University, Sweden [OKC DoA]), S. Schulze (The Oskar Klein Centre, Department of Physics, Stockholm University, Sweden [OKC DoP]), R. S. Post (Post Observatory, Lexington, USA), C. Liu (Department of Physics and Astronomy, Northwestern University, USA [Northwestern]; Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics, Northwestern University, USA [CIERA]), E. O. Ofek (Weizmann Institute), K. K. Das (Cahill Center for Astrophysics, California Institute of Technology, USA [Cahill Center]), C. Fremling (Caltech Optical Observatories, California Institute of Technology, USA [COO]; Division of Physics, Mathematics and Astronomy, California Institute of Technology, USA [PMA]), A. Horesh (Racah Institute of Physics, The Hebrew University of Jerusalem, Israel), B. Katz (Weizmann Institute), D. Kushnir (Weizmann Institute), M. M. Kasliwal (Cahill Center), S. R. Kulkarni (Cahill Center), D. Liu (South-Western Institute for Astronomy Research, Yunnan University, China [Yunnan]), X. Liu (Yunnan), A. A. Miller (Northwestern; CIERA), K. Rose (Sydney Institute for Astronomy, School of Physics, The University of Sydney, Australia), E. Waxman (Weizmann Institute), S. Yang (OKC DoA; Henan Academy of Sciences, China), Y. Yao (Cahill Center), B. Zackay (Weizmann Institute), E. C. Bellm (DIRAC Institute, Department of Astronomy, University of Washington, USA), R. Dekany (COO), A. J. Drake (PMA), Y. Fang (Yunnan), J. P. U. Fynbo (The Cosmic DAWN Center, Denmark; Niels Bohr Institute, University of Copenhagen, Denmark), S. L. Groom (IPAC, California Institute of Technology, USA [IPAC]), G. Helou (IPAC), I. Irani (Weizmann Institute), T. J. du Laz (PMA), X. Liu (Yunnan), P. A. Mazzali (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, UK; Max Planck Institute for Astrophysics, Germany), J. D. Neill (PMA), Y.-J. Qin (PMA), R. L. Riddle (COO), A. Sharon (Weizmann Institute), N. L. Strotjohann (Weizmann Institute), A. Wold (IPAC), L. Yan (COO).

Grupa badawcza, którą kierował T. Moore, opublikowała w The Astrophysical Journal Letters artykuł pt. “SN 2022jli: A Type 1c Supernova with Periodic Modulation of Its Light Curve and an Unusually Long Rise” (doi: 10.3847/2041-8213/acfc25).

T. Moore (Astrophysics Research Centre, Queenʼs University Belfast, UK [Queen’s]), S. J. Smartt (Queen’s; Department of Physics, University of Oxford, UK [Oxford]), M. Nicholl (Queen’s), S. Srivastav (Queen’s), H. F. Stevance (Oxford; Department of Physics, The University of Auckland, New Zealand), D. B. Jess (Queen’s; Department of Physics and Astronomy, California State University Northridge, USA), S. D. T. Grant (Queen’s), M. D. Fulton (Queen’s), L. Rhodes (Oxford), S. A. Sim (Queen’s), R. Hirai (OzGrav: The Australian Research Council Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery, Australia; School of Physics and Astronomy, Monash University, Australia), P. Podsiadlowski (University of Oxford, UK), J. P. Anderson (European Southern Observatory, Chile; Millennium Institute of Astrophysics MAS, Chile), C. Ashall (Department of Physics, Virginia Tech, USA), W. Bate (Queen’s), R. Fender (Oxford), C. P. Gutiérrez (Institut d’Estudis Espacials de Catalunya, Spain [IEEC]; Institute of Space Sciences, Campus UAB, Spain [ICE, CSIC]), D. A. Howell (Las Cumbres Observatory, USA [Las Cumbres]; Department of Physics, University of California, Santa Barbara, USA [UCSB]), M. E. Huber (Institute for Astronomy, University of Hawai’i, USA [Hawai’i]), C. Inserra (Cardiff Hub for Astrophysics Research and Technology, Cardiff University, UK), G. Leloudas (DTU Space, National Space Institute, Technical University of Denmark, Denmark), L. A. G. Monard (Kleinkaroo Observatory, South Africa), T. E. Müller-Bravo (IEEC; ICE, CSIC), B. J. Shappee (Hawai’i), K. W. Smith (Queen’s), G. Terreran (Las Cumbres), J. Tonry (Hawai’i), M. A. Tucker (Department of Astronomy, The Ohio State University, USA; Department of Physics, The Ohio State University, USA; Center for Cosmology and Astroparticle Physics, The Ohio State University, USA), D. R. Young (Queen’s), A. Aamer (Queen’s; Institute for Gravitational Wave Astronomy, University of Birmingham, UK [IGWA]; School of Physics and Astronomy, University of Birmingham, UK [Birmingham]), T.-W. Chen (Graduate Institute of Astronomy, National Central University, Taiwan), F. Ragosta (INAF, Osservatorio Astronomico di Roma, Italy; Space Science Data Center—ASI, Italy), L. Galbany (IEEC; ICE, CSIC), M. Gromadzki (Astronomical Observatory, University of Warsaw, Poland), L. Harvey (School of Physics, Trinity College Dublin, The University of Dublin, Ireland), P. Hoeflich (Department of Physics, Florida State University, USA), C. McCully (Las Cumbres), M. Newsome (Las Cumbres; UCSB), E. P. Gonzalez (Las Cumbres; UCSB), C. Pellegrino (Las Cumbres; UCSB), P. Ramsden (Birmingham; IGWA), M. Pérez-Torres (Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), Spain; School of Sciences, European University Cyprus, Cyprus), E. J. Ridley (IGWA; Birmingham), X. Sheng (Queen’s), and J. Weston (Queen’s)

Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) umożliwia naukowcom z całego świata na odkrywanie tajemnic Wszechświata z korzyścią dla nas wszystkich. Projektujemy, budujemy i zarządzamy światowej klasy obserwatoriami naziemnymi – których astronomowie używają do odpowiadania na ciekawe pytania i szerzenia fascynacji astronomią – a także promujemy międzynarodową współpracę w astronomii. Ustanowione w 1962 roku jako organizacja międzynarodowa, ESO jest wspierane przez 16 krajów członkowskich (Austria, Belgia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Irlandia, Holandia, Niemcy, Polska, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy), a także Chile jako kraj gospodarz, oraz Australię jako strategicznego partnera. Siedziba ESO, a także jego centrum popularyzacji nauki i planetarium (ESO Supernova) znajdują się w pobliżu Monachium w Niemczech, natomiast chilijska pustynia Atakama – niesamowite miejsce z wyjątkowymi warunkami do obserwacji nieba – jest domem dla naszych teleskopów. ESO zarządza trzema lokalizacjami obserwacyjnymi w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada teleskop VLT (Very Large Telescope – Bardzo Duży Teleskop) oraz dwa teleskopy do przeglądów nieba. VISTA pracuje w podczerwieni, VLT Survey Telescope w zakresie widzialnym. W Paranal ESO zarządza także południowym obserwatorium CTA (Cherenkov Telescope Array South) – największym na świecie i najbardziej czułym obserwatorium promieniowania gamma. Wspólnie z międzynarodowymi partnerami ESO zarządza także radioteleskopami APEX i ALMA, które są instrumentami do obserwacji nieba w zakresach milimetrowym i submilimetrowym. Na Cerro Armazones, niedaleko Paranal, budujemy „największe oko świata na niebo”, czyli Ekstremalnie Wielki Teleskop (Extremely Large Telescope, ELT). Nasza działalność w Chile jest zarządzania z biur ESO w Santiago, gdzie współpracujemy też z chilijskimi partnerami.

Linki

• Publikacja Chen et al.
• Publikacja Moore et al.
• Zdjęcia VLT 
• Zdjęcia NTT 
• Find out more about ESO's Extremely Large Telescope on our dedicated website and press kit
• For journalists: subscribe to receive our releases under embargo in your language
• For scientists: got a story? Pitch your research

Kontakt

Ping Chen
Weizmann Institute of Science
Rehovot, Israel
Tel.: +972 8 934 6512
E-mail: chen.ping@weizmann.ac.il

Thomas Moore
Queen’s University Belfast
Belfast, Northern Ireland, UK
E-mail: tmoore11@qub.ac.uk

Jesper Sollerman
Department of Astronomy, Stockholm University
Stockholm, Sweden
Tel.: +46 8 5537 8554
E-mail: jesper@astro.su.se

Matt Nicholl
Queen’s University Belfast
Belfast, Northern Ireland, UK
E-mail: matt.nicholl@qub.ac.uk

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6670
Tel. kom.: +49 151 241 664 00
E-mail: press@eso.org

Krzysztof Czart (Kontakt dla mediów Polska)
Sieć Popularyzacji Nauki ESO oraz Urania - Postępy Astronomii
Toruń, Polska
Tel.: +48 513 733 282
E-mail: eson-poland@eso.org

Śledź ESO w mediach społecznościowych

Jest to tłumaczenie Komunikatu prasowego ESO eso2401