Сверхновые встречаются относительно редко. Может показаться, что это не так, но это потому, что они настолько яркие, что мы можем видеть их в других галактиках на большом расстоянии. Фактически, в 2022 году астрономы заметили сверхновую над 10 миллиардов на расстоянии световых лет.
Каждый раз, когда астрономы замечают сверхновую, это дает им возможность узнать больше об этих редких катастрофических взрывах. Это особенно ценно, если астрономы смогут хорошо рассмотреть звезду-прародительницу до того, как она взорвется.
Мы знаем, какие типы звезд взрываются как сверхновые с коллапсом ядра: массивные. Но мы не знаем, какая звезда когда взорвется, поэтому не знаем, куда смотреть, чтобы увидеть прародителя. Авторы нового исследования кратко выразили это, написав: «Получение спектроскопических наблюдений за прародителями сверхновых с коллапсом ядра часто невозможно из-за врожденного отсутствия знаний о том, какие звезды станут сверхновыми и когда они взорвутся».
Эта цитата взята из нового исследовательского письма под названием «Спектроскопические наблюдения активности прародителя за 100 дней до сверхновой типа Ibn». Письмо было отправлено в журнал «Астрономия и астрофизика» и в настоящее время находится в стадии подготовки к печати. Ведущий автор — Шон Бреннан с факультета астрономии Стокгольмского университета.
Астрономы продолжают узнавать больше о прародителях сверхновых. Они обнаружили, что прародители сверхновых могут демонстрировать мощные вспышки за недели, месяцы или даже годы до взрыва. Астрономы продолжают получать все более совершенные инструменты для обнаружения этих вспышек, и иногда им везет.
В апреле 2023 года в NGC 4388, спиральной галактике, находящейся на расстоянии около 57 миллионов световых лет от нас, взорвалась массивная звезда. Ее обнаружил переходный центр Цвикки (ZTF), и сверхновая получила название SN 2023fyq. SN 2023fyq — это редкий тип сверхновой, называемый типом Ibn. В их спектрах отсутствуют линии водорода и узкие эмиссионные линии He I. Астрономы полагают, что эти характеристики обусловлены взаимодействием сверхновой с бедным водородом и богатым гелием околозвездным материалом (CSM).
Астрономам известны лишь некоторые из этих типов СН, поэтому их прародители плохо изучены. Перед взрывом ZTF также обнаружил активность предшественников, открыв окно в тайну этих загадочных прародителей.
«В этом письме представлены спектральные и фотометрические наблюдения прародительницы сверхновой типа Ibn за несколько месяцев до коллапса ядра, а также самой сверхновой 2023fyq», — пишут исследователи. Наблюдения ведутся с помощью нескольких телескопов и обсерваторий, включая 10-метровый телескоп Кека, 200-дюймовый телескоп Паломар и 8-метровый телескоп Джемини-Норт.
Исследователи обнаружили, что светимость прародителя увеличивалась в геометрической прогрессии в течение 150 дней, предшествовавших взрыву. Они также обнаружили, что радиус фотосферы в то же время оставался почти постоянным. Спектры перед сверхновой также «открывают сложный развивающийся профиль He I».
Профиль He I может быть ключом к разгадке активности звезды-прародительницы. Подобные выбросы He I наблюдаются как в прародительнице, так и в сверхновой. «Это означало бы, что асимметричный материал, ответственный за это излучение, не был разрушен при взрыве сверхновой», — объясняют авторы. «Выбросы сверхновой, взаимодействующие с асимметричным околозвездным материалом (CSM), использовались для объяснения нерегулярных профилей эмиссионных линий». Здесь мы углубляемся в сорняки, но это важно. «… SN 2023fyq представляет собой первое четкое спектроскопическое свидетельство асимметричной структуры до коллапса ядра».
Вполне возможно, что некоторые особенности спектроскопии вызваны околозвездным материалом (CSM). «Некоторые механизмы приводят к тому, что предшественник окружен плотным CSM, — объясняют авторы, — и могут привести к рассеянию ударной волны и излучению излучения в оптически толстом CSM». В этом случае диффузия могла бы объяснить общий подъем кривой блеска. «Это также объясняет примерно постоянный радиус и медленно растущую эффективную температуру», — пишут они.
«Эти наблюдения за SN 2023fyq и заключительными моментами существования прародителя подчеркивают, что прародители CCSNe могут подвергаться крайней нестабильности незадолго до своей окончательной гибели», — пишут авторы.
Никого не должно удивлять, что прародительница демонстрировала крайнюю нестабильность перед тем, как взорваться как сверхновая. Было бы очень странно, если бы массивная звезда внезапно взорвалась без какого-либо опережения. Только массивные звезды взрываются как сверхновые, и это происходит, когда внешнего термоядерного давления звезды недостаточно, чтобы противодействовать собственной гравитации звезды. Звезда коллапсирует сама по себе и взрывается. Это катастрофическое событие, и через звезду обязательно будут распространяться ударные волны, а также другие взаимодействия. Обязательно возникнут «крайние нестабильности», как их называют авторы.
Но что именно это нам говорит?
Это всего лишь исследовательское письмо, и авторы представляют свои результаты астрономическому сообществу. Они могут показать необычную активность, очевидную в спектроскопических наблюдениях, но пока не могут точно сказать нам, что она означает. Но это показывает, что мы можем обнаружить предшественников сверхновых, что является огромным шагом в понимании сверхновых с коллапсом ядра.
«Анализ прародителя обычно проводится после того, как звезда была уничтожена путем поиска по архивным изображениям и измерения фотометрических свойств предполагаемого прародителя», — пишут исследователи в своем письме. «Хотя эта область переходной астрономии находится в зачаточном состоянии, последствия обнаружения активности предшественников огромны, подчеркивая, что прародитель не находится в равновесном состоянии и может
не могут быть хорошо представлены стандартными моделями звездной эволюции».
Когда мы смотрим на Бетельгейзе, мы смотрим на прародителя SN; астрономы просто не знают, сколько времени пройдет, прежде чем звезда взорвется. Но, судя по всему, она выбросила плазму, которая создала пылевое облако, которое пару лет назад ненадолго затемнило звезду. Показательно ли такое поведение того, как ведут себя другие прародители?
Астрономам необходимо наблюдать больше прародителей сверхновых разных типов, прежде чем они смогут ответить на свои вопросы. Как только у них будет больше данных, они построят модели того, как ведут себя прародители сверхновых, приводящие к взрыву. Затем они смогут наблюдать еще больше SN и сравнивать эти данные со своими моделями. Затем они еще немного улучшат свои модели.
В конце концов, у них будут ответы.
