Звездите експлодират в прашни галактики – не винаги можем да ги видим

Изображението показва галактиката Arp 148, заснета от телескопите Spitzer и Hubble на НАСА. В белия кръг се появяват специално обработени данни на Spitzer, разкриващи инфрачервена светлина от свръхнова, скрита от прах. Това е една от петте скрити свръхнови, документирани за първи път в скорошна статия. Кредит: НАСА/JPL-Caltech

Експлодиращите звезди генерират вълнуващи светлинни шоута. Инфрачервените телескопи като Spitzer могат да виждат през мъглата и да дават по -добра представа за това колко често се случват тези изригвания.

Човек би си помислил, че свръхнови – смъртоносните болки на масивни звезди и сред най -ярките и мощни експлозии във Вселената – ще бъдат трудни за пропускане. Броят на подобни експлозии, наблюдавани в най -отдалечените части на Вселената, е много по -нисък от очакванията на астрофизиците.

Ново проучване, използващо данни от НАСАНаскоро пенсионираният космически телескоп Spitzer съобщи за откриването на пет свръхнови, които никога не са виждали досега, незабелязани в оптична светлина. Спицер видя Вселената в инфрачервена светлина, която прониква през облаци прах, които блокират оптичната светлина – видът светлина, която виждат очите ни и която безпрепятствено свръхнови излъчва най -ярко.

За да търсят скрити свръхнови, изследователите са изследвали наблюденията на Спицер за 40 прашни галактики. (В космоса прахът се отнася до зърноподобни частици с текстура, подобна на дима.) Въз основа на броя, който са открили в тези галактики, изследването потвърждава, че свръхновите наистина се срещат толкова често, колкото очакват учените. Тази прогноза се основава на сегашното разбиране на учените за това как се развиват звездите. Изследвания като това са необходими за подобряване на това разбиране, било чрез укрепване или оспорване на определени аспекти от него.

Изтеглете този безплатен плакат на НАСА, който отбелязва пенсионирания космически телескоп Spitzer. Кредит: НАСА/JPL-Caltech

„Тези резултати със Spitzer показват, че оптичните изследвания, на които разчитаме дълго време за откриване на свръхнови, пропускат колкото половината от звездните изблици, които се случват там във Вселената“, казва Ори Фокс, учен от Научния институт за космически телескопи в Балтимор. Мериленд и водещ автор на новото проучване, публикувано в „Месечни известия“ на Кралското астрономическо дружество. „Много добра новина е, че броят на свръхновите, които виждаме със Spitzer, статистически съответства на теоретичните прогнози.“

„Парадоксът на свръхнова“ – несъответствието между броя на предвидените свръхнови и броя, наблюдаван от оптичните телескопи – не е проблем в близката Вселена. Там галактиките са забавили темповете на образуване на звезди и като цяло са по -малко прашни. В най -отдалечените райони на Вселената обаче галактиките изглеждат по -млади, произвеждат звезди с по -висока скорост и са склонни да имат по -големи количества прах. Този прах абсорбира и разпръсква оптична и ултравиолетова светлина, предотвратявайки достигането й до телескопи. Така че изследователите отдавна разсъждават, че липсващите свръхнови трябва да съществуват и да бъдат невидими.

„Тъй като локалната вселена се е успокоила малко от ранните години на формиране на звезди, ние виждаме очаквания брой свръхнови с типични оптични търсения“, каза Фокс. „Въпреки това, скоростта на наблюдение на откриване на свръхнова намалява, когато се движите по -далеч и се връща към космическите епохи, когато преобладават най -прашните галактики.“

Откриването на свръхнови на толкова големи разстояния може да бъде предизвикателство. За да извърши търсене на свръхнови, заобиколени от мистериозни галактически светове, но на по-малко екстремни разстояния, екипът на Фокс избра местна група от 40 задушени от прах галактики, известни като светещи и ултра-светещи инфрачервени галактики (LIRGs и ULIRGs, съответно). Прахът в LIRG и ULIRG поглъща оптичната светлина от обекти като свръхнови, но позволява инфрачервеното излъчване от същите тези обекти да преминава безпрепятствено, докато телескопи като Spitzer не могат да го открият.

Предчувствието на изследователите се оказа вярно, когато петте невиждани досега свръхнови се появиха в (инфрачервена) светлина. „Това е доказателство за потенциала на откриването на Spitzer, че телескопът е успял да улови финия сигнал на свръхнова от тези прашни галактики“, каза Фокс.

Съавтор на изследването Алекс Филипенко, професор по астрономия в Калифорнийски университет, Бъркли. „Те помогнаха да се отговори на въпроса„ Къде са изчезнали всички свръхнови? “ „

Видовете свръхнови, които Спицър е открил, са известни като „основни колапсни свръхнови“, които включват гигантски звезди с маса най -малко осем пъти масата на Слънцето. С напредването на възрастта и ядрата им се пълнят с желязо, големите звезди вече не могат да произвеждат достатъчно енергия, за да издържат на собствената им гравитация, а ядрата им внезапно и катастрофално се сриват.

Интензивното налягане и температури, генерирани по време на бързо отелване, образуват нови химични елементи чрез ядрен синтез. Срутените звезди в крайна сметка отскачат от свръхплътните си ядра, взривяват се на малки парченца и разпръскват тези елементи в космоса. Свръхнови произвеждат „тежки“ елементи, както повечето метали. Тези елементи са от съществено значение за изграждането на скалисти планети, като Земята, както и на биологични организми. Като цяло скоростите на свръхнови са важно изследване на моделите на звездообразуване и образуването на тежки елементи във Вселената.

„Ако имате индикация за това колко звезди се образуват, можете да предвидите колко ще експлодират“, каза Фокс. „Или, обратно, ако имате индикация за това колко звезди експлодират, можете да предвидите колко звезди се образуват. Разбирането на тази връзка е от решаващо значение за много области на изследване в астрофизиката.“

Телескопите от следващо поколение, включително космическият телескоп на НАСА „Роман Нанси Грейс“ и космическият телескоп „Джеймс Уеб“, ще откриват инфрачервена светлина, подобно на Spitzer.

„Нашето проучване показа, че моделите на звездообразуване са по -съгласувани със скоростите на свръхнови, отколкото се смяташе досега“, каза Фокс. „Разкривайки тези скрити свръхнови, Спицър проправи пътя за нови видове открития с космически телескопи Уеб и Рим.“

Справка: „А Спицер Проучване на замърсени от прах свръхнови ”от Ури де Вокс, Хариш Хандрика, Дейвид Рубин, Чадуик Каспер, Гари З Ли, Тамас Шалай, Лий Армос, Алексей В. Филипенко, Майкъл Ф. Скруцки, Лу Струлгер и Шуйлер де Ван Дайк, 21 юни 2021 г. и Месечни известия на Кралското астрономическо дружество.
DOI: 10.1093/mnras/stab1740

Повече за мисията

Лабораторията за реактивно задвижване на НАСА в Южна Калифорния е провела операции на мисията и е командвала мисията на космическия телескоп „Спитцер“ за дирекция „Научна мисия“ на агенцията във Вашингтон. Научните операции бяха проведени в научния център Spitzer в Калифорнийския технологичен институт в Пасадена. Операциите на космическите кораби са базирани в Lockheed Martin Space в Литълтън, Колорадо. Данните се архивират в Инфрачервения научен архив, намиращ се в IPAC в Калифорнийския технологичен институт. Caltech работи Лаборатория за реактивни двигатели до НАСА.