Коли такі зірки, як наше Сонце, вмирають, вони, як правило, гаснуть зі скиглінням, а не з гуркотом, якщо тільки вони не є частиною подвійної (двох) зіркової системи, яка може спричинити вибух наднової. Тепер астрономи вперше помітили радіосигнал саме такої події в галактиці, віддаленій на понад 400 мільйонів світлових років. Знахідка, опублікована 17 травня в Nature, містить спокусливі підказки щодо того, якою повинна була бути зірка-компаньйон.
Вибухова смерть зірки
Коли у зірок, які у вісім разів важчі за наше Сонце, починає закінчуватися ядерне паливо в ядрі, вони здувають свої зовнішні шари. Цей процес породжує барвисті хмари газу, які помилково називають планетарними туманностями, і залишає за собою щільне, компактне гаряче ядро, відоме як білий карлик.
Наше власне сонце зазнає цього переходу приблизно через 5 мільярдів років, а потім повільно охолоне й згасне. Однак якщо білий карлик якимось чином набирає вагу, спрацьовує механізм самознищення, коли він стає важчим приблизно в 1,4 рази більше маси нашого Сонця. Подальша термоядерна детонація руйнує зірку в особливому виді вибуху, який називається надновою типу Ia.
Але звідки взялася додаткова маса, щоб підживити такий вибух?
Раніше ми думали, що це може бути газ, який виділяє більша зірка-компаньйон на близькій орбіті. Але зірки, як правило, їдять безладно, розливаючи газ скрізь. Вибух наднової вразить будь-який розлитий газ і змусить його світитися на довжинах радіохвиль. Незважаючи на десятиліття пошуків, жодна молода наднова типу Ia не була виявлена за допомогою радіотелескопів. Замість цього ми почали думати, що наднові типу Ia повинні бути парами білих карликів, що обертаються по спіралі всередину та зливаються разом у відносно чистий спосіб, не залишаючи газу для шоку — і радіосигналу.
Рідкісний тип наднової
Наднова 2020eyj була відкрита телескопом на Гаваях 23 березня 2020 року. Протягом перших семи тижнів або близько того вона поводилася майже так само, як будь-яка інша наднова типу Ia.
Але протягом наступних п’яти місяців він перестав згасати. Приблизно в той же час він почав демонструвати особливості газу, який був надзвичайно багатий на гелій. Ми почали підозрювати, що Наднова 2020eyj належить до рідкісного підкласу наднових типу Ia, у яких вибухова хвиля, що рухається зі швидкістю понад 10 000 кілометрів на секунду, проноситься повз газ, який міг бути очищений лише від зовнішніх шарів уцілілої зірки-компаньйона.
Щоб спробувати підтвердити наше припущення, ми вирішили перевірити, чи достатньо газу, який струсується, щоб створити радіосигнал. Оскільки наднова розташована надто далеко на півночі, щоб спостерігати її за допомогою таких телескопів, як Australia Telescope Compact Array поблизу Наррабрі, натомість ми використали низку радіотелескопів, розташованих по всій території Сполученого Королівства, щоб спостерігати наднову приблизно через 20 місяців після вибуху.
На наш превеликий подив, ми мали перше в історії чітке виявлення «дитинча» наднової типу Ia на довжинах радіохвиль, підтверджене другим спостереженням приблизно через п’ять місяців. Чи може це бути «гарматою», що не всі наднові типу Ia спричинені злиттям двох білих карликів?
Однією з найбільш чудових властивостей наднових типу Ia є те, що всі вони, здається, досягають майже однакової пікової яскравості. Це узгоджується з тим, що всі вони досягли подібної критичної маси перед вибухом.
Саме цей атрибут дозволив астроному Брайану Шмідту та його колегам наприкінці 1990-х дійти висновку, який отримав Нобелівську премію: розширення Всесвіту після Великого вибуху не сповільнюється під дією гравітації (як усі очікували), а прискорюється через ефекти того, що ми зараз називаємо темною енергією.
Отже, наднові типу Ia є важливими космічними об’єктами, і той факт, що ми досі точно не знаємо, як і коли відбуваються ці зіркові вибухи, або що робить їх такими послідовними, викликає занепокоєння астрономів. Зокрема, якщо пари білих карликів, що зливаються, можуть мати загальну масу майже в три рази більше маси нашого Сонця, чому всі вони повинні виділяти приблизно однакову кількість енергії?
Наша гіпотеза (і радіопідтвердження) про те, що Наднова 2020eyj виникла, коли достатню кількість газу гелію було видалено з зірки- компаньйона на поверхню білого карлика, щоб трохи перевищити межу маси, забезпечує природне пояснення цієї узгодженості.
Питання в тому, чому ми не бачили цей радіосигнал раніше в жодній іншій надновій типу Ia. Можливо, ми намагалися виявити їх занадто рано після вибуху і занадто легко здалися. Або, можливо, не всі зірки-компаньйони настільки багаті гелієм і чудово скидають свої газові зовнішні шари. Але, як показало наше дослідження, терпіння та наполегливість іноді окупаються так, як ми навіть не очікували, дозволяючи нам почути передсмертний шепіт далекої зірки.