Astronomowie odkryli niezwykle gorącą i gwałtowną erupcję podczas pierwszej w historii analizy w bliskiej podczerwieni nowej powrotnej poza Drogą Mleczną.
Źródło: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/M. Garlick, M. Zamani
Korzystając z teleskopu Gemini South oraz teleskopu Magellana, astronomowie po raz pierwszy zaobserwowali w bliskiej podczerwieni nową powrotną poza Drogą Mleczną. Dane ujawniły bardzo nietypowe emisje chemiczne, a także jedną z najgorętszych temperatur, jakie kiedykolwiek odnotowano dla nowej, co wskazuje na niezwykle gwałtowny wybuch.
Eksplozje nowych występują w układach podwójnych gwiazd, w których biały karzeł – gęsta pozostałość po martwej gwieździe – nieustannie wysysa materię gwiazdową z pobliskiej gwiazdy towarzyszącej. Gdy zewnętrzna atmosfera towarzysza gromadzi się na powierzchni białego karła, osiąga wystarczająco wysoką temperaturę, aby wywołać eksplozję.
Prawie wszystkie odkryte do tej pory nowe zaobserwowano jako wybuchające tylko raz. Jednak w przypadku kilku z nich zaobserwowano eksplozję więcej niż jeden raz i zostały one sklasyfikowane jako nowe powrotne. Okres między eksplozjami tych nowych może wynosić od zaledwie jednego roku do wielu dziesięcioleci.
Mniej niż tuzin nowych powrotnych zaobserwowano w naszej Galaktyce, podczas gdy znacznie więcej jest pozagalaktycznych, co oznacza, że znajdują się poza Drogą Mleczną. Badanie pozagalaktycznych nowych pomaga astronomom zrozumieć, w jaki sposób różne środowiska wpływają na eksplozje nowych.
Pierwszą zaobserwowaną pozagalaktyczną nową była LMC 1968-12a (LMC68), znajdująca się w Wielkim Obłoku Magellana – galaktyce satelitarnej Drogi Mlecznej. Ta nowa ma okres powtarzalności wynoszący około czterech lat – trzeci najkrótszy ze wszystkich nowych – i składa się z białego karła i towarzyszącego mu czerwonego olbrzyma (gwiazdy znacznie większej niż Słońce). Została odkryta w 1968 roku, a jej eksplozje są obserwowane dość regularnie od 1990 roku.
Jej ostatni wybuch, który miał miejsce w sierpniu 2024 roku, został po raz pierwszy uchwycony przez Obserwatorium Swift, które ściśle monitoruje tę nową co miesiąc od czasu jej wybuchu w 2020 roku. Biorąc pod uwagę znaną, powtarzającą się skalę czasową, astronomowie spodziewali się tego wybuchu, a LMC68 pojawiła się jak na zawołanie.
Obserwacje uzupełniające przeprowadzono dziewięć dni po początkowej eksplozji za pomocą teleskopu Magellana oraz 22 dni po początkowej eksplozji przy użyciu teleskopu Gemini South.
Wykorzystując technikę spektroskopii, zespół zaobserwował światło LMC68 w bliskiej podczerwieni, co pozwoliło im na zbadanie skrajnie gorącej fazy nowej, podczas której wiele pierwiastków zostało silnie naenergetyzowanych. Badając tę fazę astronomowie mogą dowiedzieć się o najbardziej ekstremalnych procesach zachodzących podczas eksplozji. Badania te są pierwszą w historii obserwacją spektroskopową w bliskiej podczerwieni pozagalaktycznej nowej powrotnej.
Po początkowej eksplozji światło LMC68 szybko zgasło, ale instrument FLAMINGO-2 Gemini South nadal rejestrował silny sygnał zjonizowanych atomów krzemu, które zostały pozbawione dziewięciu z 14 elektronów, co wymaga niesamowitych ilości energii w postaci promieniowania lub gwałtownych zderzeń.
We wcześniejszym widmie z Magellana światło bliskiej podczerwieni pochodzące tylko od zjonizowanego krzemu świeciło 95 razy jaśniej niż światło emitowane przez Słońce, zsumowane na wszystkich długościach fal (rentgenowskich, ultrafioletowych, widzialnych, podczerwonych i radiowych). Gdy Gemini obserwował linię kilka dni później, sygnał wyblakł, ale emisja krzemu nadal dominowała w widmie.
Zjonizowany krzem świecący prawie 100 razy jaśniej niż Słońce jest bezprecedensowy – powiedział Tom Geballe, emerytowany astronom NOIRLab i współautor artykułu opublikowanego w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. I chociaż ten sygnał jest szokujący, szokujące jest również to, czego tam nie ma.
Nowe znalezione w Drodze Mlecznej zazwyczaj emitują liczne sygnatury w bliskiej podczerwieni z silnie wzbudzonych pierwiastków, ale widmo LMC68 zawierało tylko zjonizowany krzem. Spodziewaliśmy się zobaczyć również sygnatury wysoko naenergetyzowanej siarki, fosforu, wapnia i aluminium – powiedział Geballe.
Ta zaskakująca nieobecność, w połączeniu z obecnością i dużą siłą sygnatury krzemowej, sugerowała niezwykle wysoką temperaturę gazu, co potwierdziło nasze modelowanie – dodał współautor Sumner Starrfield, profesor astrofizyki na Uniwersytecie Stanowym Arizony.
Zespół szacuje, że we wczesnej fazie po wybuchu temperatura gazu osiągnęła 3 miliony stopni Celsjusza, co czyni ją jedną z najgorętszych nowych, jakie kiedykolwiek zarejestrowano. Ta ekstremalna temperatura sugeruje bardzo gwałtowny wybuch, który zespół teoretyzuje ze względu na warunki panujące w środowisku nowej.
Wielki Obłok Magellana i jego gwiazdy mają niższą metaliczność niż Droga Mleczna, co oznacza, że zawierają mniej pierwiastków cięższych niż wodór i hel, zwanych przez astronomów metalami. W układach o wysokiej metaliczności ciężkie pierwiastki zatrzymują ciepło na powierzchni białego karła, co powoduje wybuchy na wczesnym etapie procesu akrecji. Jednak bez tych ciężkich pierwiastków na powierzchni białego karła gromadzi się więcej materii, zanim rozgrzeje się ona na tyle, by doszło do zapłonu, co powoduje, że eksplozja wybucha ze znacznie większą gwałtownością. Dodatkowo, wyrzucony gaz zderza się z atmosferą towarzyszącego mu czerwonego olbrzyma, powodując ogromny wstrząs, który podnosi temperaturę w miejscu zderzenia.
Przed zebraniem danych Starrfield przewidywał, że akrecja materii o niskiej metaliczności na białego karła spowoduje gwałtowniejszą eksplozję nowej. Przedstawione tutaj obserwacje i analizy są zasadniczo zgodne z tymi przewidywaniami.
Ponieważ tylko niewielka liczba nowych powrotnych została wykryta w naszej własnej Galaktyce, zrozumienie tych obiektów postępowało epizodycznie – powiedział Martin Still, dyrektor programu NSF dla Międzynarodowego Obserwatorium Gemini. Rozszerzając nasz zasięg na inne galaktyki przy użyciu największych dostępnych teleskopów astronomicznych, takich jak Gemini South, astronomowie zwiększą tempo postępu i krytycznie zmierzą zachowanie tych obiektów w różnych środowiskach chemicznych.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
NOIRLab
