Галактический взрыв помогает лучше понять космос

Используя данные, собранные в течение первого года межзвездных наблюдений с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, международная группа исследователей смогла случайно увидеть взрыв сверхновой звезды в далекой спиральной галактике.

Исследование, опубликованное недавно в журнале The Astrophysical Journal Letters, содержит новые инфракрасные замеры одной из самых ярких галактик в нашем космическом соседстве, NGC 1566, также известной как Испанская танцовщица. Расположенный на расстоянии около 40 миллионов миль от Земли, чрезвычайно активный центр галактики привел к тому, что она стала особенно популярной среди ученых, стремящихся узнать больше о том, как формируются и развиваются звездообразующие туманности.

В данном случае ученые смогли наблюдать сверхновую типа 1a — взрыв углеродно-кислородной белой карликовой звезды. Майкл Такер, сотрудник Центра космологии и физики астрочастиц при Университете штата Огайо и соавтор исследования, говорит, что исследователи поймали ее совершенно случайно во время изучения NGC 1566.

Взрывы белых карликов важны для космологии, поскольку астрономы часто используют их в качестве индикаторов расстояния, — сказал Такер. — Они также производят огромное количество элементов группы железа во Вселенной, таких как железо, кобальт и никель.

Исследование стало возможным благодаря обзору PHANGS-JWST, который, благодаря своему обширному перечню измерений звездных скоплений, был использован для создания эталонного набора данных для изучения близлежащих галактик. Анализируя снимки ядра сверхновой, Такер и соавтор Несс Мейкер Чен, аспирант астрономического факультета Университета штата Огайо, возглавлявший исследование, поставили перед собой цель изучить, как определенные химические элементы выбрасываются в окружающий космос после взрыва.

Например, легкие элементы, такие как водород и гелий, образовались во время большого взрыва, но более тяжелые элементы могут быть созданы только в результате термоядерных реакций, происходящих внутри сверхновых. Понимание того, как эти звездные реакции влияют на распределение элементов железа по космосу, может дать исследователям более глубокое понимание химического формирования Вселенной, говорит Такер.

Когда сверхновая взрывается, она расширяется, и по мере этого мы можем видеть различные слои выброса, что позволяет нам прощупать ядро туманности, — заметил он.

В результате процесса, называемого радиоактивным распадом — когда нестабильный атом высвобождает энергию, чтобы стать более стабильным — сверхновые испускают радиоактивные высокоэнергетические фотоны, такие как уран-238. В данном случае исследование было сосредоточено на том, как изотоп кобальт-56 распадается на железо-56.

Используя данные приборов ближней инфракрасной и средней инфракрасной камер JWST для изучения эволюции этих выбросов, исследователи обнаружили, что более чем через 200 дней после первого события выбросы сверхновой все еще видны в инфракрасном диапазоне длин волн, которые невозможно было бы получить с Земли.

Это одно из тех исследований, где, если бы наши результаты не соответствовали нашим ожиданиям, это было бы очень тревожно, — заявил он. — Мы всегда предполагали, что энергия не уходит из эжектора, но до JWST это была только теория.

В течение многих лет было неясно, просачиваются ли быстро движущиеся частицы, образующиеся при распаде кобальта-56 на железо-56, в окружающую среду, или их удерживают магнитные поля, создаваемые сверхновыми.

Однако, предоставляя новое понимание свойств охлаждения эжекции сверхновой, исследование подтверждает, что в большинстве случаев эжекция не покидает пределов взрыва. Это подтверждает многие из предположений, которые ученые делали в прошлом о том, как работают эти сложные образования, сказал Такер.

Это исследование подтверждает почти 20-летний научный опыт, — сказал он. — Оно не отвечает на все вопросы, но оно делает хорошую работу, по крайней мере, показывая, что наши предположения не были катастрофически неверными.

Будущие наблюдения JWST будут и дальше помогать ученым развивать свои теории о звездообразовании и эволюции, но Такер сказал, что дальнейший доступ к другим типам фильтров для визуализации может помочь проверить их, создавая больше возможностей для понимания чудес далеко за пределами нашей собственной галактики.

Мощь JWST действительно беспрецедентна, — сказал Такер. — Это действительно многообещающе, что мы достигаем такого рода науки, и с JWST есть хороший шанс, что мы не только сможем сделать то же самое для различных видов сверхновых, но и сделать это еще лучше.

28.02.2023