Самая быстрая оптическая вспышка, излучаемая новорожденной сверхновой

Многие звезды заканчивают свою жизнь грандиозным взрывом. Самые массивные звезды взорвутся как сверхновые. Хотя белый карлик является остатком звезды промежуточной массы, такой как наше Солнце, он может взорваться, если звезда является частью тесной двойной звездной системы, где две звезды вращаются вокруг друг друга.

Художественная концепция высокой энергии, высвобождаемой при взаимодействии ограниченного CSM (тора) и выброса сверхновой вскоре после взрыва белого карлика. Предоставлено: обсерватория Кисо, Токийский университет.

Этот тип сверхновых классифицируется как сверхновые типа Ia.

Из-за однородной и чрезвычайно высокой яркости сверхновой типа Ia, которая примерно в 5 миллиардов раз ярче, чем наше Солнце, они широко используются исследователями в качестве стандартной свечи для измерения расстояний в астрономии. В качестве наиболее успешного примера сверхновые типа Ia помогли исследователям обнаружить ускоряющееся расширение нашей Вселенной. Но, несмотря на большой успех космологии сверхновых типа Ia, исследователи все еще озадачены базовыми вопросами, такими как системы-прародители сверхновых типа Ia и как воспламеняются взрывы сверхновых звезд типа Ia.

Чтобы разобраться в этих давних проблемах, группа астрономов во главе с исследователем проекта Института физики и математики Вселенной им. Кавли (Kavli IPMU) Цзи-ань Цзян попыталась поймать сверхновые типа Ia в течение одного дня после их взрыва. названные сверхновыми звездами типа Ia на ранней фазе, с использованием оборудования для широкополосной съемки нового поколения, включая камеру Tomo-e Gozen, первый в мире формирователь изображений с широкопольным мозаичным датчиком изображения CMOS.

Посредством регулярной проверки кандидатов в сверхновые на ранней фазе, обнаруженных в ходе обзора транзиентов Томо-э, один транзиент, Tomo-e202004aaelb, привлек внимание Цзяна.

«Tomo-e202004aaelb с высокой яркостью был обнаружен 21 апреля 2020 года. Удивительно, но его яркость значительно изменилась в следующие два дня, а затем вела себя как нормальная сверхновая типа Ia в ранней фазе. Мы обнаружили несколько сверхновых типа Ia в ранней фазе, которые демонстрируют интересное избыточное излучение в первые несколько дней после их взрыва, но никогда не видели такого быстрого и заметного раннего излучения в оптическом диапазоне длин волн. Благодаря режиму съемки с высокой частотой вращения педалей и отличной производительности Tomo-e Gozen мы впервые можем идеально уловить эту удивительную функцию. Такая быстрая ранняя вспышка должна происходить из другого источника по сравнению с ранее обнаруженными сверхновыми типа Ia с ранним избытком », – сказал Цзян.

Вычислительное моделирование, проведенное доцентом Киотского университета Кейити Маэда, показало, что происхождение таинственной быстрой оптической вспышки можно объяснить энергией, высвобождающейся в результате взаимодействия между выбросом сверхновой звезды и плотным и ограниченным околозвездным веществом (CSM) вскоре после взрыва сверхновой.

«Мы не видели раньше таких коротких и ярких вспышек сверхновых типа Ia, даже с учетом того, что в последние несколько лет число очень ранних открытий, сделанных вскоре после взрыва сверхновой, увеличилось, в том числе обнаруженных нашей командой. Природа CSM должна отражать природу звезды-прародителя, и, таким образом, это ключ к пониманию того, какие звезды взрываются и как они это делают. Вопрос в том, что делает эту сверхновую звездой такой особенной », – сказал Маэда.

С помощью спектроскопических наблюдений на телескопе Сэймэй Киотского университета команда обнаружила, что сверхновая является разновидностью ярчайших сверхновых типа Ia.

«На первый взгляд на спектр, сделанный сразу после первоначальной вспышки, он отличался от обычных сверхновых. Мы заметили, что самый яркий класс сверхновых типа Ia мог бы выглядеть как этот, если бы их можно было наблюдать на такой ранней стадии. Наша классификация впоследствии была подтверждена по мере того, как спектры эволюционируют, становясь все более и более похожими на ранее обнаруженные яркие сверхновые типа Ia », – сказал исследователь проекта Университета Киото Михо Кавабата.

Результат команды показывает, что по крайней мере часть сверхновых типа Ia происходит из плотной среды CSM, что является жестким ограничением для системы-прародителя этих впечатляющих явлений в нашей Вселенной. Учитывая, что Tomo-e202004aaelb (SN 2020hvf) намного ярче, чем типичные сверхновые типа Ia, используемые в качестве индикатора расстояния, это открытие позволит Цзяну и его сотрудникам проверить различные теории, которые были предложены для этих своеобразных сверхновых сверхновых типа Ia.

«Ранее мы построили теоретические модели вращающихся белых карликов с супер-массой Чандрасекара и их взрывов. Такие массивные модели могут соответствовать пиковой яркости SN 2020hvf, но необходимы дополнительные теоретические работы для объяснения подробных наблюдательных свойств. SN 2020hvf предоставил прекрасную возможность сотрудничества между теорией и наблюдениями ». – сказал старший научный сотрудник ИПМУ Кавли Кеничи Номото.

Команда Цзяна продолжит поиск ответа на давнюю проблему происхождения сверхновых типа Ia, проводя исследования переходных процессов с помощью телескопов по всему миру.

«Мы использовали сверхновые типа Ia для измерения расширения Вселенной, хотя их происхождение не совсем понятно. Фотометрия на ранней фазе сверхновых типа Ia дает уникальную информацию для понимания их происхождения и, следовательно, должна способствовать более точным измерениям расширения Вселенной в ближайшем будущем », – сказал старший научный сотрудник ИПМУ Кавли и профессор Токийского университета Мамору Дои.