O supernovă a strălucit pe cerul nopții în urmă cu 1.000 de ani. Astronomii au descoperit acum „steaua zombi” rămasă în urma ei

Timp de șase luni, în 1181, o stea muribundă a lăsat o urmă pe cerul nopții. Obiectul izbitor a apărut la fel de strălucitor ca Saturn în apropierea constelației Cassiopeia, iar cronicile istorice din China și Japonia l-au înregistrat ca o „stea oaspete”.

Astronomii chinezi foloseau acest termen pentru a desemna un obiect temporar de pe cer, adesea o cometă sau, ca în acest caz, o supernovă – o explozie cataclismică a unei stele la sfârșitul vieții sale.

Obiectul, cunoscut acum sub numele de SN 1181, este unul dintre puținele supernove documentate înainte de inventarea telescoapelor și a nedumerit astronomii timp de secole.

Acum, un nou studiu a descris pentru prima dată SN 1181 în detaliu prin crearea unui model computerizat al evoluției supernovei, de imediat după apariția exploziei inițiale și până în prezent, relatează CNN.

Echipa de cercetare a comparat modelul cu observațiile telescopice de arhivă ale nebuloasei sale – norul uriaș de gaz și praf, vizibil până în prezent, care este rămășița evenimentului monumental.

Cercetătorii au declarat că analiza a sugerat cu tărie că SN 1181 aparține unei clase rare de supernove numite tip Iax, în care explozia termonucleară ar putea fi rezultatul nu uneia, ci a două pitice albe care s-au ciocnit violent, dar nu au reușit să detoneze complet, lăsând în urmă o „stea zombie”.

„Există 20 sau 30 de candidați pentru supernove de tip Iax”, a declarat Takatoshi Ko, autorul principal al studiului publicat pe 5 iulie în The Astrophysical Journal. „Dar aceasta este singura pe care o cunoaștem în propria noastră galaxie”. Ko este doctorand în astronomie la Universitatea din Tokyo.

Mai mult, studiul a descoperit, de asemenea, că, în mod inexplicabil, vântul stelar de mare viteză, detectat în studiile anterioare, a început să sufle de la suprafața stelei zombie cu doar 20 de ani în urmă, adăugând la aura misterioasă a SN 1181. Descoperirea mecanismului din spatele acestui eveniment de supernovă ar putea ajuta astronomii să ajungă la o mai bună înțelegere a vieții și morții stelelor și a modului în care acestea contribuie la formarea planetelor, spun experții.

Detonarea eșuată a unei supernove

Astronomii au avut nevoie de 840 de ani pentru a rezolva prima mare enigmă a SN 1181 – localizarea sa exactă în Calea Lactee. Steaua muribundă a fost ultima supernovă pre-telescopică fără o rămășiță confirmată, până când, în 2021, Albert Zijlstra, profesor de astrofizică la Universitatea Manchester din Anglia, a localizat-o într-o nebuloasă din constelația Cassiopeia.

Astronomul amator Dana Patchick a descoperit nebuloasa în 2013, când a căutat în arhiva Wide-Field Infrared Survey Explorer, sau WISE, al NASA. Dar Zijlstra, care nu a fost implicat în noul studiu, a fost primul care a făcut legătura cu SN 1181.

„În timpul (vârfului) Covid, am avut o după-amiază liniștită și stăteam acasă”, a spus Zijlstra. „Am asociat supernova cu nebuloasa folosind înregistrări din vechile cataloage chinezești. Cred că acest lucru a fost acum general acceptat – o mulțime de oameni s-au uitat la el și au fost de acord că pare să fie corect. Aceasta este rămășița acelei supernove”.

Nebuloasa se află la o distanță de aproximativ 7000 de ani-lumină de Pământ, iar în centrul său se află un obiect de mărimea Pământului, care se rotește rapid, numit pitică albă – o stea densă, moartă, care și-a epuizat combustibilul nuclear. Această caracteristică este neobișnuită pentru un rest de supernovă, deoarece explozia ar fi trebuit să distrugă pitica albă.

Zijlstra și coautorii săi au scris un studiu în septembrie 2021 despre descoperire. Raportul a sugerat că SN 1181 ar putea face parte din evaziva categorie de supernove de tip Iax datorită prezenței acestei pitice albe „zombie”.

În supernova de tip Ia, mai comună, o pitică albă care se formează atunci când o stea asemănătoare soarelui și-a epuizat combustibilul începe să acumuleze material de la o altă stea din apropiere. Multe stele există în perechi, sau într-un sistem binar, spre deosebire de soare. Pitica albă acumulează material până când se prăbușește sub propria gravitație, reaprinzând fuziunea nucleară cu o explozie masivă care creează unul dintre cele mai strălucitoare obiecte din univers.

Tipul Iax, mai rar, este un scenariu în care această explozie, din anumite motive, este oprită. „O posibilitate este ca tipul Iax să nu fie atât de mult o explozie, ci o fuziune a două pitice albe”, a declarat Zijlstra. „Cele două se unesc, lovindu-se la viteză maximă, iar acest lucru poate genera multă energie. Această energie provoacă strălucirea bruscă a supernovei.”

Această coliziune masivă ar putea explica un alt aspect curios al stelei zombie SN 1181. Aceasta nu conține hidrogen sau heliu, ceea ce este foarte neobișnuit în spațiu, a spus Zijlstra.

„Aproximativ 90% din univers este format din hidrogen, iar restul este aproape exclusiv heliu. Orice altceva este destul de rar”, a spus el. „Trebuie să căutați 10.000 de atomi înainte să găsiți unul care să nu fie hidrogen sau heliu. Dar steaua noastră (soarele din centrul sistemului nostru solar) are doar (în principal) acestea. Deci, în mod clar, ceva extrem s-a întâmplat cu (steaua zombie)”.

Vânt stelar inexplicabil

Înarmați cu cunoștințele de unde să caute SN 1181 și cu sugestia că ar putea fi o rămășiță de tip Iax, Ko și colegii săi s-au apucat de treabă pentru a descoperi secretele rămase.

„Urmărind cu exactitate evoluția în timp a rămășiței, am reușit să obținem pentru prima dată proprietăți detaliate ale exploziei SN 1181. Am confirmat că aceste proprietăți detaliate sunt în concordanță cu o supernovă de tip Iax”, a declarat Ko, adăugând că modelul computerizat din studiu este în concordanță cu observațiile anterioare ale restului de la telescoape, inclusiv telescopul spațial XMM-Newton al Agenției Spațiale Europene și Observatorul de raze X Chandra al NASA.

Analiza lui Ko arată că două regiuni de șoc distincte alcătuiesc rămășița SN 1181. Una exterioară s-a format atunci când materialul a fost ejectat de explozia supernovei și a întâlnit spațiul interstelar. Una interioară, mai recentă, este mai greu de explicat.

Studiul sugerează că această regiune de șoc interioară ar putea fi un semn că steaua a început să ardă din nou, la secole după explozie, ducând la o descoperire surprinzătoare, a adăugat Ko: Vântul stelar de mare viteză pare să fi început să sufle de la suprafața stelei cu doar 20-30 de ani în urmă.

În mod normal, acest flux rapid de particule pe care astronomii îl numesc vânt stelar ar trebui să se desprindă din pitica albă ca un produs secundar al rotirii rapide a stelei imediat după explozia supernovei.

„Nu înțelegem pe deplin de ce steaua s-a reaprins și vântul stelar a început atât de recent”, a spus Ko. „Noi teoretizăm că steaua s-a reaprins deoarece SN 1181 a fost o supernovă de tip Iax, care este o explozie incompletă. Ca urmare, materialul ejectat de explozie nu a scăpat complet și a rămas sub influența gravitațională a piticei albe centrale. Acest material ar fi putut, în cele din urmă, să se acumuleze pe pitica albă datorită gravitației sale, provocând reaprinderea acesteia”.

Cu toate acestea, a remarcat Zijlstra, această teorie este în contrast cu observațiile care arată că strălucirea stelei a scăzut în ultimul secol.

„Nu este clar cum se leagă asta de pornirea vântului”, a spus el. „M-aș fi așteptat ca steaua să strălucească mai degrabă decât să pălească”.

Ko și colegii săi sunt conștienți de această problemă. Ei au spus că cred că există o anumită relație între vânt și întunecare și o investighează.

Aceste studii, a spus Ko, vor contribui la informarea cunoștințelor oamenilor de știință despre toate supernovele.

„Supernovele de tip Ia au fost cruciale în descoperirea expansiunii accelerate a universului”, a spus el. „Dar, în ciuda importanței lor, mecanismul exploziei lor rămâne necunoscut, fiind una dintre cele mai semnificative provocări din astronomia modernă”.

Prin studierea SN 1181 și a exploziei sale incomplete, a adăugat el, oamenii de știință pot obține informații despre mecanismul supernovelor de tip Ia.

Oportunitatea vieții

Deoarece obiecte precum SN 1181 sunt importante pentru producerea atât de multor elemente din care sunt făcuți și oamenii, studierea lor reprezintă o mare oportunitate, potrivit lui Zijlstra.

„Aceste evenimente foarte energetice pot acumula elemente care sunt mai grele decât fierul, cum ar fi pământurile rare”, a spus el. „Este valoros să avem un exemplu al unui astfel de eveniment de acum 1.000 de ani în care încă putem vedea materialele ejectate și poate că în viitor vom putea vedea exact ce elemente au fost create în cadrul evenimentului.”

Aceste cunoștințe ar ajuta oamenii de știință să înțeleagă cum s-a format Pământul și cum a obținut aceste elemente, a adăugat Zijlstra.

Din punct de vedere istoric, observațiile antice ale supernovelor au fost de o importanță supremă pentru astrofizica modernă, a declarat Bradley Schaefer, profesor emerit de astrofizică și astronomie la Universitatea de Stat din Louisiana, care nu a fost implicat în ultimul studiu.

Schaefer a adăugat că SN 1181 reprezintă una dintre puținele conexiuni fiabile de la supernovă la rămășiță de supernovă. Obiectul este important ca singurul caz posibil pentru a obține observații bune ale evazivului tip Iax.

„S-a realizat că supernovele de tip Iax constituie aproximativ 20% din supernovele din orice galaxie, inclusiv din Calea noastră Lactee, și ar putea forma cea mai mare parte a prafului misterios din Universul timpuriu”, a declarat Schaefer într-un e-mail.

În timpul vieții noastre, a adăugat el, astrofizicienii nu vor obține un caz mai bine observat pentru un eveniment de tip Iax, astfel încât cercetătorii ar trebui să depună toate eforturile pentru a înțelege SN 1181.