Hvězdy explodují v prašných galaxiích – nemůžeme je vždy vidět

Explodující hvězdy vytvářejí vzrušující světelné show. Infračervené teleskopy, jako je Spitzer, jsou schopny vidět skrz mlhu a poskytnout lepší představu o tom, jak často k těmto erupcím dochází.

Člověk by si myslel, že supernovy – smrtelné záchvaty hmotných hvězd a mezi nejjasnější a nejsilnější exploze ve vesmíru – bude těžké přehlédnout. Počet takových výbuchů pozorovaných v nejvzdálenějších částech vesmíru je však mnohem nižší, než očekávání astrofyziků.

Nová studie využívající data od NASANedávno vysloužilý vesmírný teleskop Spitzer hlásil objev pěti supernov, které nikdy předtím nebyly v optickém světle detekovány. Spitzer viděl vesmír v infračerveném světle, které proniká skrz prachová mračna, která blokují optické světlo – druh světla, které vidí naše oči a které ničím nerušené supernovy vyzařují nejjasněji.

Aby vědci našli skryté supernovy, studovali Spitzerova pozorování 40 prašných galaxií. (Ve vesmíru prach označuje částice podobné zrnu s konzistencí podobnou kouři.) Na základě počtu, který našli v těchto galaxiích, studie potvrzuje, že supernovy se skutečně vyskytují tak často, jak vědci očekávají. Tato předpověď je založena na současném chápání vědců o tom, jak se hvězdy vyvíjejí. Studie, jako je tato, jsou nezbytné ke zlepšení tohoto porozumění, a to buď posílením, nebo zpochybněním určitých jeho aspektů.

Stáhněte si tento plakát NASA zdarma, který připomíná vysloužilý vesmírný dalekohled Spitzer. Uznání: NASA/JPL-Caltech

„Tyto výsledky se Spitzerem ukazují, že optické průzkumy, na které jsme se dlouho spoléhali, aby detekovaly supernovy, minou až polovinu hvězdných výbuchů, které se ve vesmíru vyskytují,“ řekl Ori Fox, vědecký pracovník Space Telescope Science Institute. v Baltimoru. Maryland a hlavní autor nové studie, která byla zveřejněna v Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. „Je velmi dobrou zprávou, že počet supernov, které vidíme u Spitzera, je statisticky konzistentní s teoretickými předpověďmi.“

„Paradox supernovy“ – rozpor mezi počtem predikovaných supernov a počtem pozorovaným optickými teleskopy – není v blízkém vesmíru problém. Tam galaxie zpomalily rychlost vzniku hvězd a obecně jsou méně prašné. Ve vzdálenějších oblastech vesmíru se však galaxie jeví mladší, produkují hvězdy vyšší rychlostí a obvykle obsahují větší množství prachu. Tento prach absorbuje a rozptyluje optické a ultrafialové světlo a brání mu dosáhnout dalekohledů. Vědci tedy dlouho usuzovali, že chybějící supernovy musí existovat a být neviditelné.

„Protože se místní vesmír od prvních let vzniku hvězd trochu uklidnil, vidíme očekávaný počet supernov s typickým optickým hledáním,“ řekl Fox. „Míra pozorované detekce supernovy se však s dalším pohybem snižuje a vrací se zpět do kosmického věku, kde převládaly nejprašnější galaxie.“

Detekce supernov na tak velké vzdálenosti může být náročná. Aby provedl hledání supernov obklopených tajemnými galaktickými světy, ale na méně extrémních vzdálenostech, vybral Foxův tým místní skupinu 40 prachem dusených galaxií, známých jako světelné a ultra svítivé infračervené galaxie (LIRGs, respektive ULIRGs). Prach v LIRG a ULIRG absorbuje optické světlo z předmětů, jako jsou supernovy, ale umožňuje infračervenému záření z těchto stejných objektů procházet bez překážek, dokud jej nezjistí dalekohledy jako Spitzer.

Předpověď vědců se ukázala jako správná, když se pět dosud neviděných supernov objevilo v (infračerveném) světle. „Je důkazem Spitzerova objevného potenciálu, že teleskop dokázal zachytit jemný signál supernovy z těchto prašných galaxií,“ řekl Fox.

Spoluautor studie Alex Filippenko, profesor astronomie na Kalifornská univerzita, Berkeley. „Pomohli odpovědět na otázku: Kam zmizely všechny supernovy? „

Typy supernov, které Spitzer objevil, jsou známé jako „supernovy se základním kolapsem“, mezi něž patří obří hvězdy s hmotností nejméně osmkrát větší než hmotnost Slunce. Jak stárnou a jejich jádra se plní železem, velké hvězdy již nemohou produkovat dostatek energie, aby odolaly vlastní gravitaci, a jejich jádra se náhle a katastroficky zhroutí.

Intenzivní tlaky a teploty generované během rychlého otelení tvoří nové chemické prvky prostřednictvím jaderné fúze. Spadlé hvězdy se nakonec odrazí od svých superhustých jader, vyhodí se do malých kousků a rozptýlí tyto prvky po celém prostoru. Supernovy produkují „těžké“ prvky, jako většina kovů. Tyto prvky jsou nezbytné pro stavbu skalnatých planet, jako je Země, a také biologických organismů. Ceny supernov jsou obecně důležitým zkoumáním modelů vzniku hvězd a tvorby těžkých prvků ve vesmíru.

„Pokud máte představu o tom, kolik hvězd se tvoří, můžete předpovědět, kolik exploduje,“ řekl Fox. „Nebo naopak, pokud máte údaj o tom, kolik hvězd exploduje, můžete předpovědět, kolik hvězd se tvoří. Pochopení tohoto vztahu je zásadní pro mnoho oblastí studia v astrofyzice.“

Dalekohledy příští generace, včetně kosmického dalekohledu NASA Roman Nancy Grace Space a James Webb Space Telescope, budou detekovat infračervené světlo, jako je Spitzer.

„Naše studie ukázala, že modely vzniku hvězd jsou více konzistentní s rychlostí supernov, než se dříve myslelo,“ řekl Fox. „Odhalením těchto skrytých supernov vydláždil Spitzer cestu novým druhům objevů pomocí Webbových a římských vesmírných teleskopů.“

Odkaz: „A Spitzer Průzkum prachem zakrytých supernov “od Uri de Vox, Harish Khandrika, David Rubin, Chadwick Casper, Gary Z Lee, Tamas Szalay, Lee Armos, Alexej V. Filipenko, Michael F. Skrutsky, Lou Strulger a Schuyler de Van Dyck, 21. června 2021 a Měsíční oznámení Královské astronomické společnosti.
DOI: 10,1093/mnras/stab1740

Více o misi

Laboratoř Jet Propulsion NASA v jižní Kalifornii provedla mise a velela misi Spitzer Space Telescope pro ředitelství mise agentury ve Washingtonu. Vědecké operace byly prováděny ve vědeckém centru Spitzer na Kalifornském technologickém institutu v Pasadeně. Operace kosmických lodí byly založeny v Lockheed Martin Space v Littletonu v Coloradu. Data jsou archivována v infračerveném vědeckém archivu umístěném na IPAC na California Institute of Technology. Caltech běží Laboratoř tryskového pohonu do NASA.