Światowy zespół kierowany przez naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara z Obserwatorium Las Cumbres odkrył pierwszy przekonujący dowód na istnienie nowego typu gwiezdnej eksplozji – supernowej wychwytującej elektrony. Chociaż teoretyzowano o nich od 40 lat, przykłady z życia wzięte były nieuchwytne. Uważa się, że powstały one w wyniku eksplozji masywnych superasymptotycznych gwiazd z gałęzi olbrzymów (SAGB), na co również nie ma wielu dowodów. Odkrycie, opublikowane w Nature Astronomy, rzuca również nowe światło na tysiącletnią tajemnicę supernowej z 1054 r., która była widoczna na całym świecie w ciągu dnia, zanim ostatecznie stała się Mgławicą Kraba. W przeszłości supernowe dzieliły się na dwa główne typy: zapadnięcie się jądra termojądrowego i żelaznego. Supernowa termojądrowa to eksplozja białego karła po uzyskaniu przez nią materii w układzie podwójnym gwiazd. Te białe karły są gęstymi jądrami popiołu, które pozostają po osiągnięciu końca życia gwiazdy o małej masie (jedna do około 8 mas Słońca). Supernowa z zapadnięciem się żelaznego jądra pojawia się, gdy masywnej gwieździe – jednej ponad 10 razy większej od masy Słońca – wyczerpie się paliwo jądrowe, a jej żelazne jądro zapadnie się, tworząc czarną dziurę lub gwiazdę neutronową. Pomiędzy tymi dwoma głównymi typami supernowych znajdują się supernowe wychwytujące elektrony. Te gwiazdy zatrzymują fuzję, gdy ich jądra zbudowane są z tlenu, neonu i magnezu; nie są wystarczająco masywne, aby wytwarzać żelazo. Podczas gdy grawitacja zawsze próbuje zmiażdżyć gwiazdę, to, co powstrzymuje większość gwiazd przed zapadnięciem się, to trwająca fuzja lub, w jądrach, w których fuzja się zatrzymała, fakt, że nie można ciaśniej upakować atomów. W supernowej wychwytującej elektrony niektóre elektrony w jądrze tlenowo-neonowo-magnezowym zostają rozbite na ich jądra atomowe w procesie zwanym wychwytywaniem elektronów. To usunięcie elektronów powoduje wyboczenie jądra gwiazdy pod własnym ciężarem i zapadnięcie się, co skutkuje supernową wychwytującą elektrony. Gdyby gwiazda była nieco cięższa, pierwiastki jądra mogłyby się połączyć, tworząc cięższe pierwiastki, przedłużając jej żywotność. Jest to więc coś w rodzaju odwrotnej sytuacji Złotowłosej: gwiazda nie jest wystarczająco lekka, by uciec przed zapadnięciem się jądra, ani wystarczająco ciężka, by przedłużyć swoje życie i umrzeć później w inny sposób. Taką teorię sformułował w 1980 roku Ken’ichi Nomoto z Uniwersytetu Tokijskiego i inni. Przez dziesięciolecia teoretycy formułowali przewidywania dotyczące tego, czego należy szukać w supernowej przechwytującej elektrony i jej gwiazdorskich przodkach SAGB. Gwiazdy powinny mieć dużo masy, dużo stracić przed wybuchem, a masa w pobliżu umierającej gwiazdy powinna mieć niezwykły skład chemiczny. Wtedy supernowa wychwytująca elektrony powinna być słaba, mieć niewielki opad radioaktywny i zawierać pierwiastki bogate w neutrony w jądrze. Nowe badanie jest prowadzone przez Daichi Hiramatsu, absolwenta Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara i Obserwatorium Las Cumbres (LCO). Hiramatsu jest głównym członkiem Global Supernova Project, światowego zespołu naukowców korzystających z dziesiątek teleskopów na całym świecie i nad nim. Zespół odkrył, że supernowa SN 2018zd ma wiele niezwykłych cech, z których część została zaobserwowana po raz pierwszy w supernowej. Pomogło to, że supernowa była stosunkowo blisko – zaledwie 31 milionów lat świetlnych od nas – w galaktyce NGC 2146. To pozwoliło zespołowi zbadać archiwalne zdjęcia wykonane przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a przed wybuchem i wykryć prawdopodobną gwiazdę protoplastową. zanim wybuchła. Obserwacje były zgodne z inną niedawno zidentyfikowaną gwiazdą SAGB w Drodze Mlecznej, ale niespójne z modelami czerwonych nadolbrzymów, prekursorów normalnych supernowych z rozpadem jądra żelaza. Autorzy przejrzeli wszystkie opublikowane dane na temat supernowych i odkryli, że podczas gdy niektóre miały kilka przewidywanych wskaźników dla supernowych wychwytujących elektrony, tylko SN 2018zd miała wszystkie sześć: pozorny protoplasta SAGB, silna utrata masy przed supernową, niezwykła gwiazda skład chemiczny, słaba eksplozja, mała radioaktywność i rdzeń bogaty w neutrony. „Zaczęliśmy od pytania „co to za dziwak?” – powiedział Hiramatsu. „Następnie zbadaliśmy każdy aspekt SN 2018zd i zdaliśmy sobie sprawę, że wszystkie z nich można wyjaśnić w scenariuszu wychwytywania elektronów”. Nowe odkrycia wyjaśniają również niektóre tajemnice najsłynniejszej supernowej z przeszłości. W 1054 r. w Galaktyce Drogi Mlecznej wydarzyła się supernowa, która według chińskich i japońskich danych była tak jasna, że można ją było obserwować w dzień przez 23 dni, a nocą przez prawie dwa lata. Powstała w ten sposób pozostałość, Mgławica Krab, została bardzo szczegółowo zbadana. Mgławica Krab była poprzednio najlepszym kandydatem na supernową wychwytującą elektrony, ale jej status był niepewny częściowo dlatego, że eksplozja miała miejsce prawie tysiąc lat temu. Nowy wynik zwiększa pewność, że historyczna SN 1054 była supernową wychwytującą elektrony. Wyjaśnia to również, dlaczego ta supernowa była stosunkowo jasna w porównaniu z modelami: jej jasność została prawdopodobnie sztucznie wzmocniona przez wyrzut supernowej zderzającej się z materią wyrzuconą przez gwiazdę protoplastę, jak widać w SN 2018zd. Ken Nomoto z Kavli IPMU Uniwersytetu Tokijskiego wyraził podekscytowanie, że jego teoria została potwierdzona. „Bardzo się cieszę, że supernowa wychwytująca elektrony została w końcu odkryta, co do której moi koledzy i ja przewidzieliśmy 40 lat temu i która ma związek z mgławicą Krab” – powiedział. „Bardzo doceniam wielki wysiłek włożony w uzyskanie tych obserwacji. To wspaniały przypadek połączenia obserwacji i teorii”. Hiramatsu dodał: „To był taki„ moment Eureki ”dla nas wszystkich, że możemy przyczynić się do zamknięcia 40-letniej pętli teoretycznej, a dla mnie osobiście, ponieważ moja kariera w astronomii rozpoczęła się, gdy spojrzałem na oszałamiające zdjęcia Wszechświat w bibliotece szkoły średniej, z których jedną była kultowa Mgławica Krab zrobiona przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a. „Określenie Kamień z Rosetty jest używane zbyt często jako analogia, gdy znajdujemy nowy obiekt astrofizyczny”, powiedział Andrew Howell, naukowiec z Obserwatorium Las Cumbres i adiunkt w UCSB, „ale w tym przypadku uważam, że jest to właściwe. supernowa dosłownie pomaga nam rozszyfrować tysiącletnie zapisy z kultur na całym świecie i pomaga nam powiązać jedną rzecz, której w pełni nie rozumiemy, Mgławicę Kraba, z inną rzeczą, o której mamy niesamowite współczesne zapisy, tą supernową W tym procesie uczy nas fundamentalnej fizyki: jak powstają niektóre gwiazdy neutronowe, jak ekstremalne gwiazdy żyją i umierają oraz jak powstają i rozpraszają się elementy, z których jesteśmy zbudowani we wszechświecie. Howell jest również liderem Global Supernova Project i doktorem naczelnym autora Hiramatsu. doradca.