Tisková zpráva

Chybějící článek nalezen: supernovy dávají vzniknout černým dírám nebo neutronovým hvězdám.

10. ledna 2024

Astronomové objevili přímou souvislost mezi explozivním zánikem masivních hvězd a vznikem nejkompaktnějších a nejzáhadnějších objektů ve vesmíru - černých děr a neutronových hvězd. S pomocí dalekohledu ESO VLT (Very Large Telescope) a dalekohledu ESO NTT (New Technology Telescope) se dvěma týmům podařilo pozorovat následky exploze supernovy v blízké galaxii a najít důkazy o záhadném kompaktním objektu, který po sobě zanechala.

Když masivní hvězdy dosáhnou konce svého života, zhroutí se pod vlastní gravitací tak rychle, že dojde k prudkému výbuchu známému jako supernova. Astronomové se domnívají, že po vzrušující explozi zůstane jen velmi husté jádro - kompaktní pozůstatek hvězdy. V závislosti na tom, jak je hvězda hmotná, bude kompaktní pozůstatek buď neutronovou hvězdou - objektem tak hustým, že čajová lžička jeho materiálu by zde na Zemi vážila asi bilion kilogramů - nebo černou dírou - objektem, ze kterého nemůže uniknout nic, dokonce ani světlo.

Astronomové v minulosti našli mnoho vodítek, která tento řetězec událostí naznačují. Příkladem může být nalezení neutronové hvězdy v Krabí mlhovině, plynném oblaku, který zůstal po výbuchu hvězdy před téměř tisíci lety. Nikdy předtím však neviděli tento proces probíhat v reálném čase. Přímý důkaz supernovy zanechávající po sobě kompaktní pozůstatek stále nepřicházel. "V naší práci jsme takovou přímou souvislost prokázali," říká Ping Chen, vědecký pracovník Weizmannova vědeckého institutu v Izraeli a hlavní autor studie publikované dnes v časopise Nature a prezentované na 243. zasedání Americké astronomické společnosti v New Orleans v USA.

Průlom přišel v květnu 2022, kdy jihoafrický amatérský astronom Berto Monard objevil supernovu SN 2022jli ve spirálním rameni blízké galaxie NGC 157, vzdálené 75 milionů světelných let. Dva nezávislé týmy zaměřily svou pozornost na následky této exploze a zjistily, že je svým chováním unikátní.

Po výbuchu supernovy její jasnost postupně slábne; astronomové pozorují plynulý pokles "světelné křivky". Chování SN 2022jli se však vymyká: celková jasnost neklesá plynule, ale osciluje nahoru a dolů přibližně každých 12 dní. "V datech SN 2022jli vidíme opakující se sekvenci zesilování a slábnutí," říká Thomas Moore, doktorand na Queen's University Belfast v Severním Irsku, který vedl studii supernovy publikovanou koncem loňského roku v časopise Astrophysical Journal. "Je to poprvé, co byly ve světelné křivce supernovy pozorovány periodické oscilace v průběhu mnoha cyklů," poznamenal Moore ve svém článku.

Mooreův i Chenův tým se domnívají, že by toto chování mohla vysvětlit přítomnost více než jedné hvězdy v systému SN 2022jli. Není neobvyklé, že se masivní hvězdy pohybují na oběžné dráze s další hvězdou v takzvaném binárním systému, a hvězda, ze které vznikla supernova SN 2022jli, nebyla výjimkou. Pozoruhodné na tomto systému však je, že ona druhá hvězda zřejmě přežila násilnou smrt svého partnera a oba objekty kolem sebe pravděpodobně nadále obíhaly.

Data získaná Moorovým týmem, která zahrnovala i pozorování ESO dalekohledem NTT v chilské poušti Atacama, neumožnila přesně určit, jak interakce mezi oběma objekty způsobila oscilace světelné křivky. Chenův tým měl však k dispozici i další pozorování. Kromě oscilací ve viditelném světle, které objevil i Moorův tým, zaznamenal periodické pohyby vodíkového plynu a gama záření. Potřebná data sesbírala flotila přístrojů na zemi i ve vesmíru, včetně přístroje X-shooter na ESO dalekohledu VLT, který se rovněž nachází v Chile.

Když si oba týmy daly dohromady všechny indicie, shodly se na následujícím scénáři: materiál vyvržený během výbuchu supernovy "načechral" atmosféru hvězdného společníka bohatou na vodík. Kompaktní objekt, který zůstal po explozi, pak prolétl na své dráze atmosférou společníka, "ukradl" část jeho vodíkového plynu a vytvořil kolem sebe horký disk. Toto periodické "kradení" hmoty, neboli akrece, uvolňovalo velké množství energie, což se projevovalo jako oscilace jasnosti.

Přestože týmy nemohly pozorovat samotný kompaktní objekt, dospěly k závěru, že tato akrece může být způsobena pouze skrytou neutronovou hvězdou nebo možná černou dírou, která přitahuje hmotu z nadýchané atmosféry hvězdného společníka. "Náš výzkum je jako hlavolam, který lze vyřešit jen shromážděním všech možných důkazů," říká Chen. "Jednotlivé kousky skládačky nás vedou k pravdě."

I poté, co byla potvrzena přítomnost černé díry nebo neutronové hvězdy, se vznáší kolem tohoto záhadného systému ještě mnoho otázek. Co je přesná povaha kompaktního objektu a jaký konec by mohl tento binární systém čekat? K tomu napomohou dalekohledy nové generace, jako je například ESO dalekohled Extremely Large Telescope, jehož provoz má být zahájen koncem tohoto desetiletí, a který astronomům umožní odhalit dosud nevídané detaily tohoto jedinečného systému.

Další informace

Tento výzkum byl prezentován ve dvou článcích.

Tým vedený P. Chenem publikoval článek s názvem "A 12.4 day periodicity in a close binary system after a supernova” v Nature (doi: 10.1038/s41586-023-06787-x).

Tým tvoří 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).

Tým vedený T. Moorem publikoval článek s názvem “SN 2022jli: A Type 1c Supernova with Periodic Modulation of Its Light Curve and an Unusually Long Rise” v Astrophysical Journal Letters (doi: 10.3847/2041-8213/acfc25).

Tým tvoří 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)

Evropská jižní observatoř (ESO) umožňuje vědcům z celého světa objevovat tajemství vesmíru ve prospěch všech. Navrhujeme, stavíme a provozujeme pozemní observatoře světové úrovně, které astronomové využívají k řešení vzrušujících záhad vesmíru a šíření fascinace astronomií, a podporujeme mezinárodní spolupráci v oblasti astronomie. ESO bylo založeno jako nadnárodní organizace v roce 1962 a dnes ji podporuje 16 členských států (Belgie, Česká republika, Dánsko, Francie, Finsko, Irsko, Itálie, Německo, Nizozemsko, Polsko, Portugalsko, Rakousko, Spojené království, Španělsko, Švédsko a Švýcarsko), hostitelský stát Chile a Austrálie jako strategický partner. Sídlo ESO a její návštěvnické centrum a planetárium ESO Supernova se nachází nedaleko německého Mnichova, zatímco chilská poušť Atacama, nádherné místo s jedinečnými podmínkami pro pozorování oblohy, je domovem našich dalekohledů. ESO provozuje tři pozorovací stanoviště: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Paranalu provozuje Very Large Telescope a jeho Interferometr, jakož i přehlídkové dalekohledy, jako je VISTA. Na Paranalu bude ESO také hostit a provozovat soustavu Čerenkovových teleskopů (Cherenkov Telescope Array South), největší a nejcitlivější observatoř pro gama záření na světě. ESO společně s mezinárodními partnery provozuje na Chajnantoru observatoř ALMA, která pozoruje oblohu v milimetrovém a submilimetrovém pásmu. Na Cerro Armazones poblíž Paranalu budujeme "největší oko upřené k nebi" - Extremely Large Telescope. Z našich kanceláří v Santiagu v Chile podporujeme naší činnost v zemi a spolupracujeme s chilskými partnery a společností.

Odkazy

• článek Chen et al.

• článek Moore et al.

• Fotografie VLT 

• Fotografie NTT 

• O ESO dalekohledu ELT se dozvíte více na zvláštní stránce a v press kitu

• Pro novináře: přihlašte se k odběru tiskových zpráv v češtině

• Pro vědce: máte pro nás námět? Popularizujte svůj výzkum

Kontakty

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

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

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

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

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

Anežka Srbljanović (press contact Česko)
ESO Science Outreach Network a Astronomical Institute of Czech Academy of Sciences
Tel.: +420 323 620 116
Email: eson-czech@eso.org

Connect with ESO on social media

Toto je překlad tiskové zprávy ESO eso2401. ESON -- ESON (ESO Science Outreach Network) je skupina spolupracovníku z jednotlivých členských zemí ESO, jejichž úkolem je sloužit jako kontaktní osoby pro lokální média.