Събрани са първите убедителни доказателства за съществуването на нов тип свръхнова, въпреки че съществуването й е предсказано теоретично преди 40 години. Вероятно същият тип свръхнова е създала мъглявината Рак, чиято експлозия е описана в средновековните летописи

Свръхновите се появяват, когато експлодират звездите. Най-разпространеният тип свръхнова е тип II или свръхнова с колапсиращо ядро. Този тип космически взрив се случва, когато звезда, около 10 пъти по-голяма от масата на нашето Слънце (или повече), експлодира в края на живота си, оставяйки след себе си неутронна звезда или черна дупка.

Другият тип свръхнова, тип I , възниква, когато остатъкът от подобна на нашето Слънце звезда, наречена бяло джудже, изтегля материал от близкия спътник. Материята се натрупва на повърхността на бялото джудже и след като прехвърли определена граница на масата, термоядрена експлозия разкъсва бялото джудже.

Изчисленията на Кеничи Номото (Ken'ichi Nomoto) от 1980 г. обаче показват, че трябва да има трети тип свръхнова, наречена улавяща електроните свръхнова (electron-capture supernova). Този тип експлозия се случва само при звезди в тесен диапазон на масите - от 8 до 10 слънчеви маси - които пресичат границата между тихо еволюиращи в бели джуджета и експлозивно раждащи се неутронни звезди или черни дупки, когато изразходят горивото си.

Улавящите електроните свръхнови също произвеждат неутронни звезди като някои свръхнови от тип II. Но преди звездата да умре, натрупаните в ядрото й магнезиеви и неонови атоми започват да улавят свободно плаващите електрони около тях, които са отговорни за външното налягане, поддържайки ядрото на звездата стабилно. Тъй като електроните се абсорбират, това намалява външното налягане, което пък причинява колапса  в неутронна звезда на вътрешните области на звездата, докато външните области едновременно с това избухват навън като експлозия на свръхнова.

През март 2018 г. японският астроном аматьор Коичи Итагаки забелязва нова свръхнова, SN 2018zd, в галактиката NGC 2146, която се намира на около 30 до 40 милиона светлинни години в съзвездието Жираф през 2018 г., около три часа след експлозията й.

Сега изследователите, анализирали взрива и в статия, публикувана в списание Nature Astronomy на 28 юни, обявяват, че тя добре се вписва в профила на свръхнова от типа на свръхновите, улавящи електроните си.

^{(а) Ядрото на звездата съдържа кислород, неон и магнезий. След като плътността на ядрото стане достатъчно висока, (b) магнезият и неонът започват да "изяждат" електроните и да предизвикват колапс. (c) Тогава започва изгарянето на кислород и произвежда ядра от железни групи и свободни протони, които изяждат все повече и повече електрони, причинявайки по-нататъшния колапс на ядрото. (d) Накрая, колапсиращото ядро ​​се превръща в неутронна звезда в центъра, а външният слой експлодира, образувайки свръхнова. Кредит: Zha et al.}

Перфектно съвпадение

Уникалното при тази нова свръхнова, наречена SN 2018zd, е, че астрономите са успели да сравнят изображенията на космическите телескопи "Хъбъл" и "Спицър" на галактиката-домакин преди и след експлозията. Това им помага да идентифицират вероятната звезда прародителка, от която започва експлозията.

„Това беше един от ключовите компоненти, които никога не бяха направени за други кандидат-свръхнови, улавящи електроните си - за тях никога не е идентифицирана родителската звезда - звездата, която по-късно експлодира“, коментира съавторът на изследването Алекс Филипенко (Alex Filippenko) от Калифорнийския университет Бъркли.

Този път обаче астрономите успяват да сравнят както звездата, така и светлината от взрива на свръхновата с очаквания профил на улавяща електроните свръхнова.

Свръхнорвата идеално съвпада с очакванията, отговаряйки на всичките шест очаквани критерия за подобно събитие.

Първо, родителската звезда е вид червен гигант или застаряваща звезда от супер-асимптотичния клон на гигантите (super-asymptotic giant branch - SAGB). Тези звезди са между 8 и 10 слънчеви маси и се смята, че се превръщат в улавящи електроните свръхнови. Второ, този прародител е изпуснал голяма част от масата си преди да се взриви, раздувайки външните си слоеве в облак от материя около себе си. Трето, този материал показва уникалния химичен състав, който се очаква да предшества улавящи електроните свръхнови: изобилие от хелий, въглерод и азот, но малко кислород. Четвърто, самата експлозия е по-слаба, отколкото би се очаквало за свръхнова с колапс на ядрото. Пето, светлината на експлозията се държи така, както астрономите очакват, че ще се случи с улавяща електроните си свръхнова: Светлината се задържа повече от 100 дни, докато материалът в ударната вълна се сблъска с външните слоеве, които звездата преди е издухала генерирайки дълготраен блясък преди да загасне. И накрая, съставът на остатъчния материал - особено наличието на стабилен никел, но не и на радиоактивен никел (последният от които е често срещан след свръхнови с колапс на ядрото) - също е нещо, което астрономите очакват от улавяща електроните си свръхнова.

^{Концепция на художник за свръх-асимптотична гигантска звезда-клон и ядрото й, съставено от кислород, неон и магнезий. Това е крайното състояние на звездите около 8-10 слънчеви маси, чието ядро ​​е с налягане, поддържано от електроните. Когато ядрото стане достатъчно плътно, неонът и магнезият започват да изяждат електроните, намалявайки налягането в ядрото и предизвиквайки експлозия на свръхнова с колапс на ядрото. Кредит: S. Wilkinson; Las Cumbres Observatory}

Ключ към миналото

Изследователите заявяват, че SN 2018zd е предоставила първите солидни доказателства, че свръхновите, улавящи електроните си, наистина съществуват. Сега те се надяват да използват този пример като шаблон за идентифициране на други такива свръхнови.

Докато екипът до голяма степен гледа към бъдеще, в което ще разбираме по-добре смъртта на масивните звезди, SN 2018zd също дава улики за друго събитие от далечното минало - свръхновата SN 1054, която създава известната мъглявина Рак (M1) и централния й пулсар. Астрономите отдавна подозират, че тази свръхнова е свръхнова, улавяща електроните. Всъщност по-рано това е бил най-подходящият пример за такава свръхнова, въпреки липсата на пълно описание - по това време не е имало телескопи, спектрометри или други инструменти, които биха могли да помогнат на наблюдателите да характеризират експлозията или прародителската звезда.

^{През 1054 г. в Млечния път се появява свръхнова. Според китайските летописи експлозията се е виждала през деня в продължение на 23 дни и през нощта в продължение на почти две години. Преди това се е смятало, че тази свръхнова, улавила електроните си. Но това бе трудно да се определи, тъй като експлозията се е случила твърде отдавна. Новите резултати показват, че свръхновата, родила мъглявината Рак, също може да бъде от новия тип. Кредит: NASA, ESA, NRAO/AUI/NSF and G. Dubner (University of Buenos Aires)}

Но мъглявината Рак отговаря на няколко от критериите за улавяща електроните свръхнова - неутронната звезда, която е останала след експлозията, химическият състав на мъглявината и начинът, по който древните летописи подробно описват как нейната светлина се задържа в дневното небе 23 дни и остава видима през нощта близо две години, преди да изгасне. Освен това начинът, по който нишките на мъглявината продължават бавно да се разширяват с течение на времето, показва, че те се движат през облак от материал, който вероятно се отделя от родителската звезда преди елсплозията.

С наблюдението на SN 2018zd, екипът сега смята, че е открил най-силните доказателства, които свързват мъглявината Рак с улавяща електроните свръхнова. Този нов поглед към мъглявината Рак може да помогне на изследователите да разработят по-добре своя модел на този тип свръхнови като предоставят пример за това как те се развиват през вековете, след като експлодират. И това от своя страна ще разкрие повече за нашата  галактика и за Вселената, които обитаваме, включително как драматичната смърт на масивните звезди разпръсква градивните елементи на живота в космоса.

Справка:  The electron-capture origin of supernova 2018zd, Nature Astronomy (2021). DOI: 10.1038/s41550-021-01384-2 , www.nature.com/articles/s41550-021-01384-2

Източници:

The discovery of a new type of supernova illuminates a medieval mystery, University of California - Santa Barbara

Astronomers confirm there’s a third type of supernova explosion, Astronomy

Electron-capture supernova: electron-eating neon causes star collapse, 
Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU)

Още по темата

25/06/2021

Космос

Свръхнова, видяна три пъти през 2016 г., ще се покаже и през 2037 г.. Възможно ли е това?

04/10/2020

Космос

Хъбъл показа драматично таймлапс видео на експлодираща свръхнова

15/04/2020

Космос

Астрономи наблюдаваха най-мощната свръхнова досега

27/01/2020

Космос

Загадката на изключително ярката свръхнова SN 2006gy изглежда е разрешена