Siêu tân tinh giàu canxi lần đầu tiên được xác định bằng tia X

Được gọi là “siêu tân tinh giàu canxi”, những vụ nổ sao này hiếm đến mức các nhà vật lý thiên văn đã phải vật lộn để tìm ra và sau đó nghiên cứu chúng. Do đó, bản chất của những siêu tân tinh này và cơ chế tạo ra canxi của chúng vẫn còn là điều khó nắm bắt.

Giờ đây, một nhóm nghiên cứu do Đại học Northwestern dẫn đầu đã có khả năng khám phá ra bản chất thực sự của những sự kiện bí ẩn hiếm gặp này. Lần đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã kiểm tra một siêu tân tinh giàu canxi, được đặt tên là SN 2019ehk, bằng hình ảnh tia X, cung cấp cái nhìn chưa từng có về ngôi sao trong tháng cuối cùng của cuộc đời và vụ nổ cuối cùng.

Nghiên cứu bao gồm dữ liệu từ Đài quan sát WM Keck trên Maunakea ở Hawaii, được công bố trên tạp chí The Astrophysical Journal ngày 5 tháng 8 năm 2020 .

Những phát hiện mới cho thấy siêu tân tinh giàu canxi là một ngôi sao nhỏ có lớp khí bên ngoài trong giai đoạn cuối của vòng đời. Khi ngôi sao nổ tung, vật chất của nó va chạm với vật chất lỏng lẻo ở lớp vỏ bên ngoài đó, phát ra tia X sáng. Vụ nổ tổng thể gây ra nhiệt độ cực nóng và áp suất cao, tạo ra phản ứng hóa học tạo ra canxi.

Tác giả chính Wynn Jacobson-Galan, Nghiên cứu sinh NSF tại Đại học Northwestern cho biết: “Những sự kiện này có số lượng ít đến mức chúng tôi chưa bao giờ biết được điều gì đã tạo ra siêu tân tinh giàu canxi. “Bằng cách quan sát những gì ngôi sao này đã làm trong tháng cuối cùng của nó trước khi nó đạt đến giai đoạn quan trọng, hỗn loạn, chúng tôi đã nhìn vào một nơi trước đây chưa được khám phá, mở ra con đường nghiên cứu mới trong ngành khoa học tạm thời.”

Tác giả cấp cao Raffaella Margutti, phó giáo sư vật lý và thiên văn học tại Đại học Northwestern và là thành viên của CIERA (Trung tâm Khám phá và Nghiên cứu Liên ngành cho biết: “Trước sự kiện này, chúng tôi đã có thông tin gián tiếp về những gì siêu tân tinh giàu canxi có thể có. trong Vật lý thiên văn). Bây giờ, chúng tôi có thể tự tin loại trừ một số khả năng.”

‘NGƯỜI GIÀU CÓ NHẤT’

Trong khi tất cả canxi đều đến từ các ngôi sao, thì các siêu tân tinh giàu canxi mang lại sức mạnh mạnh mẽ nhất. Các ngôi sao điển hình tạo ra một lượng nhỏ canxi từ từ thông qua quá trình đốt cháy heli trong suốt cuộc đời của chúng. Mặt khác, các siêu tân tinh giàu canxi tạo ra một lượng lớn canxi trong vòng vài giây.

“Vụ nổ đang cố gắng hạ nhiệt,” Margutti giải thích. “Nó muốn cho đi năng lượng của mình, và phát thải canxi là một cách hiệu quả để làm điều đó.”

Sử dụng Máy quang phổ hình ảnh độ phân giải thấp (LRIS) của Đài quan sát Keck, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra SN 2019ehk phát ra lượng canxi nhiều nhất từng được quan sát thấy trong một sự kiện vật lý thiên văn kỳ lạ.

Margutti nói: “Quang phổ Keck đẹp cho thấy nó không chỉ giàu canxi. “Đó là người giàu nhất trong những người giàu.”

‘MỘT LAO ĐỘNG TOÀN CẦU ĐÃ BỊ BỎ QUA’

Nhà thiên văn nghiệp dư Joel Shepherd lần đầu tiên phát hiện ra vụ nổ sáng vào tháng 4 năm 2019 khi sử dụng kính thiên văn mới của mình để xem Messier 100 (M100), một thiên hà xoắn ốc nằm cách Trái đất 55 triệu năm ánh sáng. Sau khi nhìn thấy một chấm sáng màu cam xuất hiện trong khung hình, ông đã lập tức báo cáo phát hiện với cộng đồng thiên văn.

Jacobson-Galan cho biết: “Ngay sau khi thế giới biết rằng có một siêu tân tinh tiềm năng trong M100, một sự hợp tác toàn cầu đã được kích hoạt. Mọi quốc gia có kính thiên văn nổi bật đều quay lại nhìn vật thể này.”

Hoạt động theo dõi trên toàn thế giới diễn ra quá nhanh, siêu tân tinh được quan sát chỉ 10 giờ sau khi phát nổ. Các đài quan sát hàng đầu như Vệ tinh Swift của NASA, Đài quan sát Lick và Đài quan sát Keck nằm trong số các kính thiên văn được kích hoạt để kiểm tra SN 2019ehk ở các bước sóng quang học.

Sinh viên tốt nghiệp Daichi Hiramatsu của Đại học California Santa Barbara là người đầu tiên kích hoạt Swift nghiên cứu về SN 2019ehk trong tia X và tia cực tím. Sự phát xạ tia X được phát hiện với Swift chỉ tồn tại trong năm ngày trước khi biến mất hoàn toàn.

Margutti nói: “Trong thế giới của những quá độ, chúng ta phải khám phá mọi thứ rất, rất nhanh trước khi chúng mờ đi. Ban đầu, không ai tìm kiếm tia X. Daichi nhận thấy điều gì đó và cảnh báo chúng tôi về sự xuất hiện kỳ ​​lạ của thứ trông giống như tia X. Chúng tôi nhìn vào hình ảnh và nhận ra có thứ gì đó ở đó. Nó sáng hơn nhiều so với bất kỳ ai. Chưa từng nghĩ tới. Không có lý thuyết tồn tại nào dự đoán quá trình chuyển đổi giàu canxi sẽ phát sáng như vậy trong bước sóng tia X. “

KHÔNG KHÁM PHÁ CÂU LẠC BỘ MỚI

Độ sáng ngắn của SN 2019ehk đã kể một câu chuyện khác về bản chất của nó. Các nhà nghiên cứu Tây Bắc tin rằng ngôi sao này tiết ra một lớp khí bên ngoài trong những ngày cuối cùng của nó. Khi ngôi sao phát nổ, vật chất của nó va chạm với lớp ngoài này để tạo ra một chùm tia X sáng và tràn đầy năng lượng.

Độ sáng cho chúng ta biết ngôi sao đổ ra bao nhiêu vật chất và vật chất đó gần như thế nào với ngôi sao. Trong trường hợp này, ngôi sao đã mất một lượng rất nhỏ vật chất ngay trước khi nó phát nổ. Vật chất đó vẫn ở gần đó.

Mặc dù Kính viễn vọng Không gian Hubble đã quan sát M100 trong 25 năm qua, nhưng thiết bị mạnh mẽ này chưa bao giờ phát hiện ra ngôi sao – đang trải qua quá trình tiến hóa cuối cùng – chịu trách nhiệm cho SN 2019ehk. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng hình ảnh Hubble để kiểm tra vị trí siêu tân tinh trước khi vụ nổ xảy ra và nói rằng đây là một manh mối khác về bản chất thực sự của ngôi sao.

Jacobson-Galan cho biết: “Nó có thể là một ngôi sao lùn trắng hoặc một ngôi sao khối lượng rất thấp. “Cả hai điều đó sẽ rất mờ nhạt.”

Margutti nói thêm: “Nếu không có vụ nổ này, bạn sẽ không biết rằng bất cứ thứ gì đã từng ở đó. “Ngay cả Hubble cũng không thể nhìn thấy nó.”

Nghiên cứu được hỗ trợ bởi Quỹ Khoa học Quốc gia (số giải thưởng DGE-1842165, PHY-1748958 và AST-1909796.)

Nguồn truyện:

Tài liệu do Đài thiên văn WM Keck cung cấp . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.

Tham khảo Tạp chí :

1. Wynn V. Jacobson-Galán, Raffaella Margutti, Charles D. Kilpatrick, Daichi Hiramatsu, Hagai Perets, David Khatami, Ryan J. Foley, John Raymond, Sung-Chul Yoon, Alexey Bobrick, Yossef Zenati, Lluís Galbany, Jennifer Andrews, Peter J. Brown, Régis Cartier, Deanne L. Coppejans, Georgios Dimitriadis, Matthew Dobson, Aprajita Hajela, D. Andrew Howell, Hanindyo Kuncarayakti, Danny Milisavljevic, Mohammed Rahman, César Rojas-Bravo, David J. Sand, Joel Shepherd, Stephen J . Smartt, Holland Stacey, Michael Stroh, Jonathan J. Swift, Giacomo Terreran, Jozsef Vinko, Xiaofeng Wang, Joseph P. Anderson, Edward A. Baron, Edo Berger, Peter K. Blanchard, Jamison Burke, David A. Coulter, Lindsay DeMarchi, James M. DerKacy, Christoffer Fremling, Sebastian Gomez, Mariusz Gromadzki, Griffin Hosseinzadeh, Daniel Kasen, Levente Kriskovics, Curtis McCully, Tomás E.Müller-Bravo, Matt Nicholl, András Ordasi, Craig Pellegrino, Anthony L. Piro, András Pál, Juanjuan Ren, Armin Rest, R. Michael Rich, Hanna Sai, Krisztián Sárneczky, Ken J. Shen, Philip Short, Matthew Siebert, Candice Stauffer, Robert Szakáts, Xinhan Zhang, Jujia Zhang, Kaicheng Zhang.SN 2019ehk: Một thoáng giàu Ca kép đỉnh với sự phát xạ tia X sáng và các tính năng quang phổ ion hóa xung kích . Tạp chí Vật lý thiên văn , 2020 [ tóm tắt ]