Коли масивні зорі гинуть під час вибухів наднових, астрономи виявляють сильні сигнали легких елементів, таких як водень та гелій, які були присутні на поверхні зорі. Однак у надновій SN2021yfj, що спалахнула на відстані 2,2 мільярда світлових років від Землі, науковці виявили сигнали інших хімічних елементів. Це були кремній, сірка та аргон, які містились у надрах зорі-попередниці наднової.

Згідно з теоретичними розрахунками зорі на кінцевому етапі існування мають цибулеподібні структури з легшими елементами на поверхнях та важчими елементами ближче до своїх залізних ядер. Зоря-попередниця SN2021yfj, мабуть, якимось чином втратила зовнішні шари, оголивши внутрішні шари кремнію та сірки, перш ніж вона вибухнула як наднова.

«Це перший випадок, коли ми побачили зорю, яка була фактично оголена до “кісток”», — заявив керівник групи та науковець Північно-Західного університету Стів Шульце (Steve Schulze). «Це показує нам, як структуровані зорі та є доказом того, що вони можуть втрачати багато речовини, перш ніж вибухнути. Вони можуть не тільки втратити свої зовнішні шари, але й бути повністю оголеними донизу і все одно спричинити яскравий вибух, який ми можемо спостерігати з дуже, дуже великих відстаней».

Спалах SN2021yfj, вперше помічений у вересні 2021 р. Установкою для реєстрації швидкоплинних процесів Цвікі (Zwicky Transient Facility, ZTF), свідчить про те, що хоча теоретичні моделі зоряного життя та смерті, а також будова зір є правильними, вони можуть не повністю описувати вибухові передсмертні «муки» всього сімейства зір.

«Ця подія не схожа ні на що, бачине ким-небуть раніше», — сказав дослідник Північно-Західного університету та член наукової групи Адам Міллер (Adam Miller). «Це було таким дивним, що ми подумали, що, можливо, спостерігаємо не той об՚єкт. Ця зоря говорить нам, що наші уявлення та теорії про еволюцію зір занадто вузькі. Не те щоб наші підручники були неправильними, але вони явно не повністю охоплюють усе, що є в природі. Мають бути екзотичніші шляхи для завершення життя масивної зорі, які ми не розглядали».

Зорі-попередниці наднових мають масу від 10 до 100 разів більшу, ніж маса Сонця. Якщо наша зоря помре, коли завершить синтез водню з гелію приблизно за 5 мільярдів років, масивніші зорі мають тиск і температуру в своїх ядрах, щоб поступово синтезувати все важчі та важчі елементи аж до заліза. Відповідно до того, як цей процес розгортається, легші елементи все ще «горять» в зовнішніх оболонках масивних зірок.

Коли ядро масивної зорі стає із чистого заліза, ядро швидко стискається (колапсує) — далі слідує вибух, який розриває зовнішні шари зорі. Це і є спалах наднової. Залізне ядро, яке колапсувало, ​​зрештою стає нейтронною зорею або, у разі наймасивніших зір, чорною дірою.

Щоб здобути інформацію про наднові, астрономи шукають сигнатури хімічних елементів за допомогою методу спектроскопії. Наукова група змогла отримати спектроскопічне зображення SN2021yfj за допомогою обсерваторії В.М. Кека на Гаваях.

«Ми вважали, що втратили можливість отримати ці спостережні дані», — сказав Міллер. «Тож ми лягли спати розчарованими. Але наступного ранку колега з Каліфорнійського університету в Берклі несподівано надав спектр. Без цього спектру ми, можливо, ніколи б не усвідомили, що це був дивний і незвичайний вибух».

Ілюстрація гамма-спалаху, що вивергається з щільного середовища навколо масивної зорі, котра зазнала колапсу Авторські права на зображення: NASA, ESA та M. Kornmesser. Фото з сайту www.space.com.

Спектр показав, що SN2021yfj не схожа на інші наднові, бо шари, які зазнали руйнування під час її вибуху, містились глибше, ніж ті, які астрономи спостерігають під час загибелі інших масивних зір. Астрономи бачили важкі елементи, такі як вуглець або кисень, під час спалахів інших наднових. Це означає, що зоря-попередниця наднової ще до вибуху втратила зовнішній шар із водню. Однак, жодних елементів, важчих за названі, а, отже, з глибших шарів зір-попередниць, раніше науковці не виявляли.

«Ми бачили цікавий вибух, але не мали уявлення, що це таке», — сказав Шульце. «Майже миттєво ми зрозуміли, що це те, чого ми ніколи раніше не бачили, тому нам треба було вивчити це за допомогою усіх доступних ресурсів».

Спектр SN2021yfj містив не лише сліди важких елементів; у ньому переважали сильні сигнали кремнію, сірки та аргону. Таким чином, дуже рано в цьому дослідженні стало очевидним, що в SN2021yfj є щось особливо екстремальне та бурхливе.

«Ця зоря втратила більшу частину матеріалу, який вона виробила протягом свого життя», — пояснив Шульце. «Тож ми могли бачити матеріал, що утворився лише протягом місяців до її вибуху. Мабуть, сталося щось дуже бурхливе, що спричинило це».

Те, що спричинило вибух цієї конкретної наднової, досі є загадкою. Можливі кілька сценаріїв. Це могло бути виверження із зорі великої кількості речовини перед спалахом наднової чи надзвичайно сильні зоряні вітри або навіть зоря-компаньйон, яка відірвала зовнішній шар від зорі перед її вибухом.

Однак наукова група вважає, що найімовірнішим поясненням є численні епізоди так званої «парної нестабільності», під час яких «спалахує» ядерний синтез, спричиняючи появу потужних сплесків енергії, що здувають зовнішні оболонки зорі. Масивна зоря фактично розриває себе на частини перед тим, як загинути в спалаху наднової. Яскраве випромінювання, яке уможливило спостереження SN2021yfj за допомогою ZTF, спричинили оболонки викинутої речовини: пізніше викинуті наздогнали раніше викинуті оболонки й зіткнулися.

«Хоча у нас є теорія того, як природа створила цей конкретний вибух», — підсумував Міллер, – «Я б не робив ставку на те, що вона правильна, бо у нас досі є лише один виявлений приклад. Ця подія справді підкреслює потребу виявити більше таких рідкісних наднових, щоб краще зрозуміти їхню природу та те, як вони формуються».

Результати дослідження науковців опубліковано 20 серпня поточного року в журналі Nature.

За інф. з сайту www.space.com