6 Minute
Spectru rar dezvăluie straturile interne ale unei stele
Pentru prima dată, astronomii au observat amprentele chimice ale straturilor interne ale unei stele masive imediat înainte şi în timpul exploziei sale finale. Un transient identificat iniţial de Zwicky Transient Facility în 2021 şi etichetat SN 2021yf a fost urmărit prin spectroscopie la Observatorul W. M. Keck. Spectrometrul cu rezoluţie joasă LRIS de la Keck a înregistrat linii de emisie înguste provenind de la siliciu, sulf şi argon puternic ionizaţi — elemente în mod normal ascunse sub învelişurile exterioare ale stelei — împreună cu carbon dublu ionizat, magneziu ionizat o dată şi heliu neutru. Aceste detectări oferă o privire directă în zone stelare adânci şi impun o reevaluare a modului în care pierderea extremă de masă poate degola o stea până aproape de nucleu.
Context ştiinţific: stele stratificate şi pierdere de masă
Modelele de evoluţie stelară prezic de mult timp că stelele masive dezvoltă o structură stratificată asemănătoare unei cepe: elemente uşoare precum hidrogenul şi heliul ocupă învelișurile exterioare, în timp ce elemente tot mai grele (carbon, oxigen, neon, magneziu, apoi siliciu şi sulf) se formează în zone de ardere mai profunde. Pe măsură ce stelele masive se apropie de colapsul nucleului, ele pierd frecvent masă prin vânturi, erupţii sau interacţiuni cu un companion binar. Straturile externe expulzate dezvăluie de obicei semnături de hidrogen, heliu, carbon sau oxigen în spectrele supernovelor. Detectarea directă a siliciului, sulfului şi argonului în material circumstelar indică, însă, provenienţa materialului din zone mult mai adînci ale progenitorului decât s-a observat anterior.
Observaţii şi instrumentaţie
Transientul SN 2021yf se află la aproximativ 2,2 miliarde de ani-lumină distanţă. După ce ZTF a raportat evenimentul în 2021, observatorii de la Keck I au obţinut spectre cu LRIS în aproximativ o zi. Spectrul arată linii de emisie înguste, puternic ionizate, ale Si, S şi Ar suprapuse pe alte stadii de ionizare; o parte din gazul emiţător se deplasează cu aproximativ 3.000 km/s într-un mediu circumstelar expulzat. Lăţimile liniilor şi stările de ionizare sugerează că aceste elemente din straturi interne erau prezente în foiţe dense care înconjurau progenitorul imediat înainte de explozie şi că coliziunile ulterioare între foiţe au alimentat o strălucire optică intensă.
Ce confirmă datele — şi ce provoacă ele
Aceste observaţii de la Keck oferă o confirmare directă şi convingătoare că stelele masive sunt stratificate aşa cum prevăd teoriile, deoarece spectrul probează material provenit din zone de ardere interne. În acelaşi timp, SN 2021yf contestă aşteptările privind câtă masă poate pierde o stea înainte de prăbuşire: progenitorul trebuie să fi fost degolat într-o măsură neobişnuit de adâncă, expunând straturi interne care în mod normal rămân ascunse până după colapsul nucleului. Această degolare extremă implică fie episoade de pierdere de masă mult mai violente înainte de supernovă, fie scenarii exotice de interacţiune care nu sunt încă bine caracterizate în modele.
Implicaţii pentru clasificarea supernovelor şi fizica progenitorilor
Taxonomia supernovelor se bazează tradiţional pe semnăturile de hidrogen şi heliu: tipul II prezintă hidrogen, tipul I nu; subtipurile sunt definite în funcţie de alte linii. Cercetătorii propun că SN 2021yf reprezintă o clasă spectroscopică nereportată anterior — etichetată provizoriu Type Ien — dominată de emisie îngustă provenind de la siliciu şi sulf ionizat în loc de H sau He. Dacă această propunere se va confirma prin exemple suplimentare, Type Ien ar extinde sistemul de clasificare şi ar marca o nouă cale prin care stelele masive îşi pot încheia viaţa.
Mai multe mecanisme ar putea produce degolarea observată: erupţii nucleare repetate şi violente în fazele tardive ale nucleului (pierdere pulsatorie de masă), vânturi stelare intense posibil asistate de un companion apropiat, sau o fuziune/interacţiune energetică cu un secundar bogat în heliu. Prezenţa unor urme de heliu în mediul circumstelar complică tabloul şi poate indica o interacţiune binară sau ejecţia în straturi mixte în mai multe episoade, mai degrabă decât un eveniment catastrofal singular. Credit: W.M. Keck Observatory/Adam Makarenko
Descoperiri cheie şi paşii următori
- Detectarea siliciului, sulfului şi argonului puternic ionizaţi în material circumstelar este fără precedent într-un spectru de supernovă şi arată că material din straturi interne era prezent înainte de explozie.
- Vitezele liniilor de emisie (~3.000 km/s) şi profilele înguste indică foiţe dense şi interacţiune prin şoc ca sursă principală a luminozităţii.
- Evenimentul ar putea reprezenta primul exemplu identificat al unei clase propuse Type Ien, dar un singur obiect nu poate stabili încă ratele sau canalele dominante ale progenitorilor.
Sondaje continue cu câmp larg pentru transienturi (ZTF, ATLAS, LSST în viitorul apropiat) combinate cu răspuns rapid spectroscopic de la telescoape mari vor fi esenţiale pentru a găsi mai multe exemple, a măsura demografia şi a testa dacă interacţiunea binară sau modelele de instabilitate stelară extremă explică cel mai bine fenomenul.
Perspective ale unui expert
Dr. Priya Raman, astrofizician observaţional care studiază exploziile stelelor masive, observă: "Acest spectru este un schimbător de paradigmă pentru că oferă o sondă directă a produselor de nucleosinteză mult mai aproape de nucleul stelar decât am văzut până acum. Dacă erupţiile repetate pot decoji straturi succesive, trebuie să rafinăm modelele pentru fazele târzii ale evoluţiei stelare pentru a ţine cont de sincronizarea şi energetica acelor erupţii. Mai multe exemple ne vor spune dacă SN 2021yf este un caz izolat sau o nouă cale pentru colapsul nucleului."
Concluzie
Spectrul obţinut la Keck pentru SN 2021yf furnizează cea mai clară dovadă observaţională de până acum că stelele masive pot fi degolate până la interiorul bogat în siliciu şi sulf înainte de o explozie vizibilă. Această constatare confirmă aspecte ale structurii stratificate a stelelor şi, în acelaşi timp, scoate în evidenţă lacune în înţelegerea noastră asupra pierderii de masă în fazele târzii. Fie că acest object inaugurează o nouă clasificare Type Ien sau rămâne un excepţional, el subliniază importanţa urmării spectroscopice rapide şi necesitatea unor observaţii suplimentare pentru a cartografia diversitatea morţii stelelor masive. Credit: Wikipedia
Sursa: scitechdaily
Comentarii