Astronomowie odkryli, że eksplozja masywnej gwiazdy mogła nastąpić, gdy próbowała połknąć towarzyszącą jej czarną dziurę. Wyjaśnia to jedną z najdziwniejszych eksplozji gwiazd, jakie kiedykolwiek zaobserwowano.
Odkrycia dokonał zespół kierowany przez Centrum Astrofizyki Harvard & Smithsonian (CfA) i Massachusetts Institute of Technology (MIT) w ramach projektu Young Supernova Experiment.
Eksplozja, nazwana SN 2023zkd, została po raz pierwszy zaobserwowana w lipcu 2023 roku przez Zwicky Transient Facility (ZTF). Nowy algorytm sztucznej inteligencji, zaprojektowany do skanowania w czasie rzeczywistym w poszukiwaniu nietypowych eksplozji, jako pierwszy wykrył wybuch, a to wczesne ostrzeżenie pozwoliło astronomom natychmiast rozpocząć dalsze obserwacje – kluczowy krok w uchwyceniu pełnego przebiegu eksplozji. Zanim eksplozja dobiegła końca, została ona zaobserwowana przez dużą liczbę teleskopów, zarówno naziemnych, jak i kosmicznych.
Naukowcy uważają, że najbardziej prawdopodobną interpretacją jest to, że masywna gwiazda znajdowała się na śmiertelnie niebezpiecznej orbicie wokół czarnej dziury. Wraz z utratą energii z orbity, ich separacja malała, aż do momentu, gdy supernowa została wyzwolona przez naprężenie grawitacyjne gwiazdy, która częściowo pochłonęła czarną dziurę.
Nasza analiza pokazuje, że eksplozja została wywołana przez katastrofalne spotkanie z czarną dziurą, będącą jej towarzyszką, i stanowi jak dotąd najsilniejszy dowód na to, że bliskie oddziaływania mogą spowodować detonację gwiazdy – powiedział Alexander Gagliano, główny autor artykułu i pracownik naukowy Instytutu Sztucznej Inteligencji i Oddziaływań Fundamentalnych NSF. Nasz system uczenia maszynowego zasygnalizował SN 2023zkd na miesiąc przed jej najbardziej nietypowym zachowaniem, co dało nam wystarczająco dużo czasu na zabezpieczenie kluczowych obserwacji niezbędnych do wyjaśnienia tej niezwykłej eksplozji.
Zespół rozważa alternatywną interpretację, zgodnie z którą czarna dziura całkowicie rozerwała gwiazdę, zanim ta zdążyła eksplodować. W tym przypadku czarna dziura szybko wciągnęła szczątki gwiazdy, a emisja supernowej nastąpiła, gdy szczątki zderzyły się z otaczającym ją gazem. W obu przypadkach pozostaje pojedyncza, cięższa czarna dziura.
Znajdująca się około 730 milionów lat świetlnych od Ziemi, SN 2023zkd początkowo wyglądała jak typowa supernowa, z pojedynczym rozbłyskiem. Jednak w miarę jak naukowcy śledzili jej spadek jasności przez kilka miesięcy, zaszło coś nieoczekiwanego: ponownie pojaśniała. Aby zrozumieć to nietypowe zachowanie, naukowcy przeanalizowali dane archiwalne, które wykazały coś jeszcze bardziej niezwykłego: układ powoli rozjaśniał się przez ponad cztery lata przed eksplozją. Tego rodzaju długotrwała aktywność przed eksplozją jest rzadko spotykana w przypadku supernowych.
Szczegółowa analiza wykazała, że światło eksplozji zostało ukształtowane przez materię, którą gwiazda utraciła na przestrzeni lat przed śmiercią. Wczesne rozjaśnienie nastąpiło w wyniku uderzenia fali uderzeniowej supernowej w gaz o niskiej gęstości. Drugi, opóźniony szczyt jasności został spowodowany wolniejszym, ale długotrwałym zderzeniem z grubą chmurą przypominającą dysk. Ta struktura – i nieregularne zachowanie gwiazdy przed eksplozją – sugeruje, że umierająca gwiazda znajdowała się pod ekstremalnym naprężeniem grawitacyjnym, prawdopodobnie ze strony pobliskiego, zwartego obiektu towarzyszącego, takiego jak czarna dziura.
SN 2023zdk wykazuje jeden z najwyraźniejszych oznak interakcji masywnej gwiazdy z jej towarzyszem, jakie widzieliśmy na przestrzeni lat poprzedzających eksplozję – powiedział V. Ashley Villar, adiunkt astronomii w CfA na Wydziale Sztuk i Nauk Uniwersytetu Harvarda i współautor artykułu. Uważamy, że może to być część całej klasy ukrytych eksplozji, które sztuczna inteligencja pomoże nam odkryć.
To odkrycie pokazuje, że ważne jest badanie interakcji masywnych gwiazd z ich towarzyszami pod koniec życia – powiedział Gagliano. Od jakiegoś czasu wiemy, że większość masywnych gwiazd znajduje się w układach podwójnych, ale uchywcenie jednej z nich w trakcie wymiany masy na krótko przed eksplozją jest niezwykle rzadkie.
Obserwatorium im. Very C. Rubin niedawno opublikowało swoje pierwsze zdjęcia i przygotowuje się do przeglądu całego nieba co kilka nocy. To odkrycie stanowi zapowiedź tego, co ma nadejść. Nowe, potężne obserwatoria, w połączeniu z systemami sztucznej inteligencji działającej w czasie rzeczywistym, wkrótce pozwolą astronomom odkryć wiele rzadszych i bardziej złożonych eksplozji oraz rozpocząć mapowanie życia i śmierci masywnych gwiazd w układach podwójnych.
Projekt The Young Supernova Experiment będzie nadal uzupełniał badania prowadzone przez Obserwatorium im. Very Rubin, wykorzystując teleskopy Pan-STARRS1 i Pan-STARRS2 do identyfikacji supernowych krótko po eksplozji. To podejście oferuje opłacalny sposób badania dynamicznego pobliskiego Wszechświata.
Wkraczamy w erę, w której możemy automatycznie rejestrować te rzadkie zdarzenia w momencie ich wystąpienia, a nie tuż po fakcie – powiedział Gagliano. To oznacza, że w końcu możemy zacząć łączyć fakty między tym, jak gwiazda żyje, a tym, jak umiera, a to jest niesamowicie ekscytujące.
Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Astrophysicla Journal.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
Center for Astrophysics
Na ilustracji: Grafika artystyczna przedstawia masywną gwiazdę i czarną dziurę przed eksplozją supernowej, kiedy to kształt gwiazdy został rozciągnięty przez siły grawitacyjne czarnej dziury. Źródło: Melissa Weiss/CfA
