Gwiazdy wybuchają w zakurzonych galaktykach – nie zawsze je widzimy

Zdjęcie przedstawia galaktykę Arp 148, uchwyconą przez teleskopy NASA Spitzer i Hubble. Specjalnie przetworzone dane ze Spitzera pojawiają się wewnątrz białego koła, ujawniając światło podczerwone z supernowej ukrytej przez pył. Jest to jedna z pięciu ukrytych supernowych udokumentowanych po raz pierwszy w ostatnim artykule. Źródło: NASA/JPL-Caltech

Eksplodujące gwiazdy generują ekscytujące pokazy świetlne. Teleskopy na podczerwień, takie jak Spitzer, są w stanie widzieć przez mgłę i dają lepsze wyobrażenie o tym, jak często występują te erupcje.

Można by pomyśleć, że supernowe – agonii masywnych gwiazd oraz wśród najjaśniejszych i najpotężniejszych eksplozji we wszechświecie – trudno będzie przeoczyć. Jednak liczba takich eksplozji obserwowanych w najodleglejszych częściach Wszechświata jest znacznie niższa niż oczekiwania astrofizyków.

Nowe badanie z wykorzystaniem danych z NASANiedawno wycofany na emeryturę Teleskop Kosmiczny Spitzera poinformował o odkryciu pięciu supernowych, których nigdy wcześniej nie widziano, niewykrytych w świetle optycznym. Spitzer widział wszechświat w świetle podczerwonym, które przenika przez obłoki pyłu blokujące światło optyczne – rodzaj światła, które widzą nasze oczy i który najjaśniej promieniuje niezakłócona supernowa.

Aby szukać ukrytych supernowych, naukowcy badali obserwacje Spitzera 40 zapylonych galaktyk. (W kosmosie pył odnosi się do cząstek podobnych do ziaren o konsystencji podobnej do dymu). Na podstawie liczby znalezionej w tych galaktykach badanie potwierdza, że ​​supernowe rzeczywiście występują tak często, jak oczekują naukowcy. Ta prognoza opiera się na obecnym zrozumieniu przez naukowców ewolucji gwiazd. Takie badania są konieczne, aby poprawić to zrozumienie, albo poprzez wzmocnienie, albo zakwestionowanie pewnych jego aspektów.

Pobierz darmowy plakat NASA, który upamiętnia emerytowany Kosmiczny Teleskop Spitzera. Źródło: NASA/JPL-Caltech

„Te wyniki z Spitzerem pokazują, że przeglądy optyczne, na których polegaliśmy przez długi czas przy wykrywaniu supernowych, przeoczają aż połowę wybuchów gwiazd, które występują we wszechświecie” – powiedział Ori Fox, naukowiec z Space Telescope Science Institute w Baltimore. Maryland i główny autor nowego badania, które zostało opublikowane w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. „To bardzo dobra wiadomość, że liczba supernowych, które obserwujemy za pomocą Spitzera, jest statystycznie zgodna z przewidywaniami teoretycznymi”.

„Paradoks supernowych” – rozbieżność między przewidywaną liczbą supernowych a liczbą obserwowaną przez teleskopy optyczne – nie stanowi problemu w pobliskim wszechświecie. Tam galaktyki spowolniły tempo formowania się gwiazd i generalnie są mniej zapylone. Jednak w bardziej odległych rejonach Wszechświata galaktyki wydają się młodsze, produkują gwiazdy w szybszym tempie i mają tendencję do zawierania większych ilości pyłu. Pył ten pochłania i rozprasza światło optyczne i ultrafioletowe, uniemożliwiając mu dotarcie do teleskopów. Dlatego naukowcy od dawna argumentowali, że brakujące supernowe muszą istnieć i być niewidoczne.

„Ponieważ lokalny wszechświat nieco się uspokoił od wczesnych lat formowania się gwiazd, widzimy spodziewaną liczbę supernowych przy typowych poszukiwaniach optycznych” – powiedział Fox. „Jednak tempo wykrywania obserwowanych supernowych spada wraz z dalszymi ruchami i cofa się do kosmicznych epok, kiedy dominowały najbardziej zapylone galaktyki”.

Wykrywanie supernowych na tak dużych odległościach może być wyzwaniem. Aby przeprowadzić poszukiwania supernowych otoczonych przez tajemnicze galaktyczne światy, ale w mniej ekstremalnych odległościach, zespół Foxa wybrał lokalną grupę 40 zapchanych pyłem galaktyk, znanych jako jasne i ultra-jasne galaktyki podczerwone (odpowiednio LIRG i ULIRG). Pył w LIRG i ULIRG pochłania światło optyczne z obiektów takich jak supernowe, ale pozwala promieniowaniu podczerwonemu z tych samych obiektów przejść bez przeszkód, dopóki teleskopy takie jak Spitzer nie będą w stanie go wykryć.

Przeczucie badaczy potwierdziło się, gdy pięć nigdy wcześniej nie widzianych supernowych pojawiło się w świetle (podczerwonym). „Dowodem na potencjał odkrywczy Spitzera jest to, że teleskop był w stanie wychwycić subtelny sygnał supernowej z tych zapylonych galaktyk” – powiedział Fox.

Współautor badania Alex Filippenko, profesor astronomii at Uniwersytet Kalifornijski w Berkeley. „Pomogli odpowiedzieć na pytanie: 'Gdzie się podziały wszystkie supernowe?’ „

Typy supernowych odkrytych przez Spitzera są znane jako „supernowe kolapsu podstawowego”, które obejmują gigantyczne gwiazdy o masie co najmniej osiem razy większej od masy Słońca. Gdy starzeją się, a ich jądra wypełniają się żelazem, duże gwiazdy nie mogą już wytwarzać wystarczającej ilości energii, aby wytrzymać własną grawitację, a ich jądra nagle i katastrofalnie zapadają się.

Intensywne ciśnienia i temperatury powstające podczas szybkiego wycielenia tworzą nowe pierwiastki chemiczne poprzez fuzję jądrową. Zapadnięte gwiazdy w końcu odbijają się od swoich super gęstych jąder, rozsadzając się na drobne kawałki i rozrzucając te pierwiastki w przestrzeni. Supernowe wytwarzają „ciężkie” pierwiastki, jak większość metali. Pierwiastki te są niezbędne do budowy planet skalistych, takich jak Ziemia, a także organizmów biologicznych. Ogólnie rzecz biorąc, tempo powstawania supernowych jest ważnym badaniem modeli powstawania gwiazd i powstawania ciężkich pierwiastków we wszechświecie.

„Jeśli masz wskazówkę, ile gwiazd się tworzy, możesz przewidzieć, ile z nich wybuchnie” – powiedział Fox. „Lub odwrotnie, jeśli masz wskazanie, ile gwiazd eksploduje, możesz przewidzieć, ile gwiazd się tworzy. Zrozumienie tej zależności ma kluczowe znaczenie dla wielu dziedzin badań w astrofizyce”.

Teleskopy nowej generacji, w tym Kosmiczny Teleskop Roman Nancy Grace NASA i Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, będą wykrywać światło podczerwone, takie jak Spitzer.

„Nasze badanie wykazało, że modele formowania się gwiazd są bardziej spójne z tempem powstawania supernowych, niż wcześniej sądzono” – powiedział Fox. „Odkrywając te ukryte supernowe, Spitzer utorował drogę nowym rodzajom odkryć za pomocą teleskopów kosmicznych Webba i Romana”.

Odniesienie: „A Spitzer Badanie supernowych zasłoniętych pyłem” autorstwa Uri de Vox, Harish Khandrika, David Rubin, Chadwick Casper, Gary Z Lee, Tamasa Szalay, Lee Armos, Alexei V. Filipenko, Michael F. Skrutsky, Lou Strulger i Schuyler de Van Dyck, 21 czerwca 2021 i Comiesięczne zawiadomienia Królewskiego Towarzystwa Astronomicznego.
DOI: 10.1093/mnras/stab1740

Więcej o misji

NASA Jet Propulsion Laboratory w południowej Kalifornii przeprowadziło operacje misyjne i dowodziło misją Spitzer Space Telescope dla Dyrekcji Misji Naukowych agencji w Waszyngtonie. Działania naukowe prowadzono w Spitzer Science Center w California Institute of Technology w Pasadenie. Operacje statków kosmicznych odbywały się w Lockheed Martin Space w Littleton w stanie Kolorado. Dane są archiwizowane w Infrared Science Archive znajdującej się w IPAC w California Institute of Technology. Caltech działa Laboratorium Napędów Odrzutowych do NASA.