Наблюдения за сверхновой SN 2023ixf ставят под сомнение теорию звездной эволюции

Недавно обнаруженная близкая сверхновая, звезда которой за год до взрыва выбросила до полной солнечной массы вещества, ставит под сомнение стандартную теорию звездной эволюции. Новые наблюдения дают астрономам возможность понять, что происходит в последний год перед смертью и взрывом звезды.

SN 2023ixf — новая сверхновая II типа, обнаруженная в мае 2023 года астрономом-любителем Коити Итагаки из Ямагаты (Япония) вскоре после взрыва ее прародителя, или исходной звезды. Расположенная на расстоянии около 20 млн световых лет в галактике Pinwheel, близость SN 2023ixf к Земле, чрезвычайная яркость сверхновой и ее молодой возраст делают ее кладезем наблюдательных данных для ученых, изучающих гибель массивных звезд при взрывах сверхновых.

Сверхновые второго типа, или сверхновые с коллапсом ядра, возникают, когда красные звезды-сверхгиганты, масса которых по меньшей мере в восемь, а то и в 25 раз превышает массу Солнца, разрушаются под действием собственного веса и взрываются. Хотя SN 2023ixf соответствовала описанию типа II, последующие многоволновые наблюдения, проведенные астрономами из Центра астрофизики Гарвардского и Смитсоновского университетов (CfA) с использованием широкого спектра телескопов CfA, выявили новое и неожиданное поведение.

Сверхновые с коллапсом ядра в течение нескольких часов после взрыва дают вспышку света, которая возникает, когда ударная волна от взрыва достигает внешнего края звезды. Однако кривая блеска SN 2023ixf не соответствовала ожидаемому поведению. Чтобы лучше понять ударную волну SN 2023ixf, группа ученых под руководством постдокторанта CfA Даичи Хирамацу проанализировала данные 1,5-метрового телескопа Тиллингхаст, 1,2-метрового телескопа и ММТ в обсерватории Фреда Лоуренса Уиппла, расположенной в Аризоне, а также данные Глобального проекта по сверхновым — ключевого проекта обсерватории Лас-Кумбреса, обсерватории НАСА Нила Герелса Свифта и многих других. Многоволновое исследование, результаты которого опубликованы на этой неделе в журнале The Astrophysical Journal Letters, показало, что, вопреки ожиданиям и теории звездной эволюции, ударный прорыв SN 2023ixf был задержан на несколько дней.

Задержка выхода ударной волны является прямым доказательством наличия плотного материала, образовавшегося в результате недавней потери массы, — сказал Хирамацу, добавив, что такая экстремальная потеря массы нетипична для сверхновых типа II.

Наши новые наблюдения показали значительную и неожиданную потерю массы — близкую к массе Солнца — в последний год перед взрывом.

SN 2023ixf бросает вызов пониманию астрономами эволюции массивных звезд и сверхновых, в которые они превращаются. Хотя ученые знают, что сверхновые с коллапсом ядра являются первичными точками отсчета космического формирования и эволюции атомов, нейтронных звезд и черных дыр, очень мало известно о годах, предшествующих взрыву звезды. Новые наблюдения указывают на потенциальную нестабильность в последние годы жизни звезды, приводящую к экстремальной потере массы. Это может быть связано с последними стадиями ядерного выгорания высокомассивных элементов, таких как кремний, в ядре звезды.

Одновременно с многоволновыми наблюдениями под руководством Хирамацу Эдо Бергер, профессор астрономии Гарварда и CfA и советник Хирамацу, провел наблюдения сверхновой в миллиметровых волнах с помощью субмиллиметровой решетки (SMA) CfA на вершине Маунакеа (Гавайи). Эти данные, опубликованные в журнале The Astrophysical Journal Letters, позволили непосредственно проследить столкновение между обломками сверхновой и плотным материалом, потерянным перед взрывом. «SN 2023ixf взорвалась точно в нужное время», — сказал Бергер. „Всего несколькими днями ранее мы начали новую амбициозную трехлетнюю программу по изучению взрывов сверхновых с помощью SMA, и эта близкая захватывающая сверхновая стала нашей первой целью“.

Единственный способ понять, как ведут себя массивные звезды в последние годы своей жизни вплоть до момента взрыва, — это обнаружить сверхновые, когда они еще очень молоды и, желательно, находятся поблизости, а затем изучить их в нескольких диапазонах длин волн, — говорит Бергер.

Используя оптический и миллиметровый телескопы, мы фактически превратили SN 2023ixf в машину времени, чтобы восстановить, что делала звезда-прародительница до момента своей гибели.

Само открытие сверхновой и последующие события имеют большое значение для астрономов всего мира, в том числе и для тех, кто занимается наукой в своем собственном дворе. Итагаки обнаружил сверхновую 19 мая 2023 года из своей частной обсерватории в Окаяме (Япония). Объединенные данные Итагаки и других астрономов-любителей позволили определить время взрыва с точностью до двух часов, что дало возможность профессиональным астрономам из CfA и других обсерваторий начать исследования. Астрономы CfA продолжают сотрудничать с Итагаки в рамках продолжающихся оптических наблюдений.

Партнерство между любителями и профессиональными астрономами имеет давние традиции успеха в области сверхновых, — сказал Хирамацу.

В случае с SN 2023ixf я получил срочное электронное письмо от Коити Итагаки сразу после того, как он открыл SN 2023ixf. Без этих отношений, без работы и самоотверженности Итагаки мы бы упустили возможность получить важнейшее представление об эволюции массивных звезд и их взрывах сверхновых.

Иллюстрация: Melissa Weiss/CfA

27.09.2023