Внезапный взрыв отбросил материал от звезды со скоростью 10 000 километров в секунду. Это эквивалентно 36 миллионам километров в час или 22,4 миллионам миль в час, сказал физик SMU Говинда Дунгана, ведущий автор нового анализа.Всесторонний анализ кривой блеска и цветового спектра взрывающейся звезды выявил новую информацию о существовании и внезапной смерти сверхновых в целом, многие аспекты которой долгое время ставили ученых в тупик.
«Есть так много характеристик, которые мы можем извлечь из ранних данных», — сказал Дунгана. «Это была большая массивная звезда, сжигавшая огромное количество топлива. Когда она наконец достигла точки, ее ядро не могло выдержать гравитационное притяжение внутрь, оно внезапно схлопнулось, а затем взорвалось».По словам Роберта Кехо, профессора физики SMU, который возглавляет астрофизическую группу SMU, массивный взрыв был одним из самых близких к Земле за последние годы, он был виден как светящаяся точка в ночном небе с 24 июля 2013 года.
Взрыв, названный астрономами Supernova 2013ej, в галактике недалеко от Млечного Пути, был равен по выделенной энергии одновременной детонации 100 миллионов солнц Земли.
Звезда была одной из миллиардов в спиральной галактике M74 в созвездии Рыб.Считающаяся близкой по стандартам сверхновой, SN 2013ej на самом деле находилась настолько далеко, что свету от взрыва потребовалось 30 миллионов лет, чтобы достичь Земли. На таком расстоянии даже такой большой взрыв был виден только в телескопы.
Дхунгана и его коллеги смогли исследовать SN 2013ej с помощью редкой коллекции обширных данных с семи наземных телескопов и спутника НАСА Swift. Данные охватывают период времени до появления сверхновой в июле 2013 года и более 450 дней после нее.Команда измерила развивающуюся температуру сверхновой, ее массу, радиус, содержание различных химических элементов в ее взрыве и обломках, а также ее расстояние от Земли. Они также оценили время прорыва ударной волны, яркой вспышки от ударной волны взрыва.
По словам Дунганы, первоначальная масса звезды была примерно в 15 раз больше, чем у нашего Солнца. На десятый день после взрыва температура составляла 12 000 кельвинов (примерно 22 000 градусов по Фаренгейту), постепенно снижаясь, пока через 50 дней не достигла 4500 кельвинов. Поверхность Солнца составляет 5 800 Кельвинов, а ядро Земли — около 6 000 Кельвинов.
Новый свет на сверхновые, загадочные объекты нашей вселеннойСверхновые случаются повсюду во Вселенной, но до конца не изучены.
Ученые не наблюдают взрывы напрямую, а вместо этого обнаруживают изменения в появляющемся свете, поскольку материал выбрасывается из взрывающейся звезды в считанные секунды и дни после взрыва.Телескопы, такие как роботизированный телескоп ROTSE-IIIb SMU в обсерватории Макдональд в Техасе, наблюдают за нашим небом и улавливают свет как точку яркого света. Другие, такие как телескоп Hobby Eberly, также в McDonald, наблюдают спектр.SN 2013ej — третья сверхновая M74 всего за 10 лет.
Это довольно часто по сравнению с нашим Млечным путем, где за последние 400 лет наблюдалась лишь одна сверхновая. По оценкам НАСА, галактика M74 состоит из 100 миллиардов звезд.
M74 — одна из нескольких десятков галактик, впервые внесенных в каталог астрономом Шарлем Мессье в конце 1700-х годов. Она имеет спиральную структуру — а также видимую форму Млечного Пути — что указывает на то, что она все еще находится в процессе звездообразования, а не является эллиптической галактикой, в которой больше не образуются новые звезды.
Возможно, планеты вращались вокруг звезды-прародителя SN 2013ej до того, как она стала сверхновой, и в этом случае эти объекты были бы уничтожены взрывом, сказал Кехо.«Если бы вы были поблизости, вы бы не знали заранее, что возникла проблема, потому что на поверхности вы не можете увидеть, как ядро нагревается и разрушается», — сказал Кехо. «А потом внезапно взрывается — и ты тост».
Расстояния до ближайших галактик помогают определить лестницу космических расстоянийУченые не уверены, что сверхновые оставляют после себя черную дыру или нейтронную звезду, такую как гигантское атомное ядро размером с город.«Коллапс ядра и то, как он вызывает взрыв, особенно сложно», — сказал Кехо. «SN 2013ej отчасти делает таким интересным то, что астрономы могут сравнивать различные модели, чтобы лучше понять, что происходит. Используя некоторую эту информацию, мы также можем рассчитать расстояние до этого объекта.
Это позволяет нам по-новому тип объекта, с помощью которого можно изучать большую вселенную, и, возможно, когда-нибудь темную энергию ».По словам Йожефа Винко, астрофизика обсерватории Конколи и Университета Сегеда в Венгрии, находящаяся на расстоянии 30 миллионов световых лет SN 2013ej была относительно близким внегалактическим событием.«Расстояния до ближайших галактик играют важную роль в создании так называемой лестницы космических расстояний, где каждая ступенька представляет собой галактику на известном расстоянии».
Винко предоставил важные данные с телескопов обсерватории Конколи и венгерской обсерватории Баха, а также провел анализ измерений расстояний на SN 2013ej.«Соседние сверхновые особенно важны», — сказал Винко. «Парадоксально, но мы знаем расстояния до ближайших галактик менее точно, чем до более далеких. В этом конкретном случае мы смогли объединить обширные наборы данных SN 2013ej с данными другой сверхновой, SN 2002ap, оба из которых произошли в M74. , чтобы подавить неопределенность их общего расстояния, полученного из этих данных ".Спектральный анализ сверхновой похож на взятие образца керна
Хотя звезды кажутся статичными объектами, которые существуют бесконечно, на самом деле они в первую очередь горящий шар, подпитываемый синтезом элементов, включая водород и гелий, в более тяжелые элементы. Когда они истощают более легкие элементы, они должны сжиматься в ядре и нагреваться, чтобы сжечь более тяжелые элементы. Со временем они соединяют различные химические элементы таблицы Менделеева, от самых легких до самых тяжелых. Первоначально они превращают гелий в углерод, азот и кислород.
Затем эти элементы подпитывают синтез все более тяжелых элементов, таких как сера, аргон, хлор и калий.«Изучение спектра сверхновой с течением времени похоже на взятие образца керна», — сказал Кехо. «Кальций в наших костях, например, был приготовлен в звезде. Ядерный синтез звезды всегда приводит к образованию все более и более тяжелых элементов.
В начале Вселенной были только водород и гелий. сверхновые. Последний продукт, который будет создан, — это железо, которое является настолько тяжелым элементом, что его нельзя сжечь в качестве топлива ».Спектральный анализ SN 2013ej Дунганы выявил множество элементов, включая водород, гелий, кальций, титан, барий, натрий и железо.«Когда у нас есть столько же спектров, сколько у этой сверхновой в разное время, — добавил Кехо, — мы можем смотреть глубже и глубже в исходную звезду, вроде рентгеновского снимка или компьютерной томографии».
Недолгое существование SN 2013ej составляло всего десятки миллионов лет.Анализ спектра SN 2013ej от ультрафиолета до инфракрасного показывает, что свет от взрыва достиг Земли 23 июля 2013 года.
Он был обнаружен 25 июля 2013 года автоматическим телескопом Кацмана в обсерватории Лик в Калифорнии. По словам Дунганы, анализ изображений, полученных с помощью ROTSE-IIIb SMU, показал, что роботизированный телескоп SMU обнаружил сверхновую за несколько часов до этого.«Эти наблюдения смогли показать быстро яркую сверхновую, которая началась всего за 20 часов до этого», — сказал он. «Начало сверхновой, названное« ударным прорывом », соответствует моменту, когда внутренний взрыв прорывает внешние слои звезды».Как и многие другие, SN 2013ej была сверхновой типа II.
Это массивная звезда, все еще переживающая ядерный синтез. После плавления железа топливо заканчивается, что приводит к разрушению активной зоны.
В течение четверти секунды звезда взрывается.На сверхновых звездах написаны смерть и рождение.Массивные звезды обычно имеют меньшую продолжительность жизни, чем более мелкие.«SN 2013ej, вероятно, прожил десятки миллионов лет», — сказал Кехо. "Во вселенском времени это мгновение ока.
Оно совсем не очень долгоживущее по сравнению с нашим Солнцем, которое будет жить миллиарды лет. Хотя эти звезды больше и имеют намного больше топлива, они сжигают его очень быстро. , так что они становятся все горячее и горячее, пока не проглотят материю и не сожгут ее ".В течение большей части своей короткой жизни SN 2013ej, вероятно, сжигал бы водород, который затем плавился бы с гелием, горящим в течение нескольких сотен тысяч лет, затем, возможно, углерод и кислород в течение нескольких сотен дней, кальций в течение нескольких месяцев и кремний в течение нескольких дней. .«На сверхновых звездах написаны смерть и рождение», — сказал Кехо. «Они создают не только элементы, из которых мы состоим, но и ударную волну, исходящую от взрыва — вот откуда взялась наша солнечная система».
Вытекающий материал врезается в облака материала в межзвездном пространстве, заставляя его коллапсировать и образовывать солнечную систему.«Тяжелые элементы, образующиеся в сверхновой и ее родительской звезде, составляют большую часть планет земной группы, таких как Земля, и необходимы для жизни», — сказал Кехо.