Kisah aneh supernova yang kaya kalsium

Ketika SN 2005E meledak, itu membuat percikan besar - dan bukan hanya karena apa yang dikeluarkannya.

Salah satu karakteristik unik astronomi adalah bahwa sebagian besar objek yang kami minati tidak dapat dipelajari di laboratorium. Pada dasarnya, seluruh alam semesta yang dapat diamati adalah laboratorium kita, dan yang dapat kita lakukan hanyalah melihat sekeliling. Ambil, misalnya, supernova. Untungnya, tidak ada cara untuk membuatnya di Bumi, jadi para astronom harus mengamati langit, menonton, dan menunggu sesuatu yang luar biasa terjadi.

Sesekali, alam memberi kita sesuatu yang spektakuler. Pada tahun 2005, cahaya dari bintang yang meledak di galaksi sepi NGC 1032 mencapai Bumi, dan para astronom di Lick Observatory mengkatalogkan peristiwa itu sebagai SN 2005E (Perets et al. 2010). Setelah melakukan sejumlah pengamatan lanjutan, mereka menyadari apa yang benar-benar luar biasa dari supernova adalah: Banyak hal yang dikeluarkan oleh ledakan itu, entah kenapa, adalah kalsium. Tambahkan ke fakta bahwa supernova terjadi di ujung terluar NGC 1032, dan SN 2005E tiba-tiba menjadi target yang menarik.

NGC 1032, seperti yang terlihat melalui Teleskop Schulman di Mount Lemmon Observatory pada 2011. SN 2005E tidak terlihat, karena gambar diambil enam tahun kemudian. Kredit gambar: Adam Block, Mount Lemmon SkyCenter, Universitas Arizona, di bawah lisensi Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 United States

Supernova akhirnya menjadi prototipe kelas objek yang dikenal sebagai supernova yang kaya kalsium. Seperti namanya, sekitar setengah dari ejecta mereka terdiri dari kalsium, bukan hidrogen atau helium. Mereka terjadi baik jauh dari pusat galaksi atau di ruang intergalaksi, di suatu tempat di tengah-tengah gugusan galaksi dan jauh dari setiap galaksi individu. 14 tahun kemudian, gambaran kita tentang peristiwa ini perlahan mulai menjadi fokus, tetapi mekanisme yang tepat di baliknya masih belum diketahui.

Posting blog minggu ini berbicara tentang kasus aneh SN 2005E, penemuan supernova yang kaya kalsium lebih lanjut, dan urutan kejadian yang kami pikir diperlukan untuk menghasilkannya. Jarang, redup, dan misterius, mereka menyediakan jendela baru ke dalam apa yang memperkaya gas dan debu antarbintang.

50% kalsium, 100% unik

Gambar. 1, Perets et al. (a) menunjukkan gambar SDSS NGC 1032 sebelum supernova; (B) menunjukkan gambar KAIT itu setelah itu, dengan SN 2005E terlihat jelas.

Banyak gambar supernova menunjukkan galaksi tatap muka, dengan ledakan itu titik cahaya yang terang menabur di suatu tempat. Namun, kami tidak bisa mendapatkan foto SN 2005E yang terlihat seperti ini, karena NGC 1032 nampak canggih bagi kami, hanya menghadirkan tampilan sisi. Dalam gambar awal Lick Observatory - diambil menggunakan Katzman Automatic Imaging Telescope (KAIT) - supernova hanya muncul sebagai titik yang relatif jauh dari galaksi induk, 22,9 kpc secara radial dari pusat dan 11,3 kpc mengejutkan di atas disk. Jika kita tidak memiliki gambar NGC 1032 sebelumnya dari Sloan Digital Sky Survey (SDSS), yang hanya menunjukkan ruang kosong tempat supernova muncul, itu mungkin keliru untuk bintang lapangan, atau galaksi latar belakang yang terpisah.

Meskipun demikian, pengamatan lanjutan dan spektroskopi mengkonfirmasi bahwa SN 2005E adalah supernova. Spektrum tidak menunjukkan garis hidrogen, mengesampingkan supernova Tipe II, tetapi juga tidak memiliki fitur silikon supernova Tipe Ia, awalnya memimpin tim untuk mengklasifikasikannya sebagai supernova Tipe Ib, dengan bintang masif yang telah dilucuti hidrogennya. amplop sebagai leluhur. Namun, spektrum tersebut juga menunjukkan bahwa hanya sekitar 0,3 massa matahari yang terlontar, yang sepertinya menyiratkan bahwa sebuah bintang masif tidak dapat bertanggung jawab. Selain itu, tidak ada formasi bintang di mana pun di sekitarnya.

Gbr. 2, Perets dkk. Garis kalsium yang kuat jelas dalam spektrum SN 2005E ini, menunjukkan bahwa sekitar 0,135 massa matahari kalsium dikeluarkan.

Ini menyajikan teka-teki. Massa ejecta juga terlalu rendah untuk supernova Tipe Ia yang normal. Penelitian lebih lanjut menunjukkan garis kalsium yang sangat kuat, yang berarti bahwa 40-50% dari ejecta, secara massal, terdiri dari kalsium. Ini belum pernah diamati sebelumnya, meskipun beberapa model sistem katai putih-katai putih memprediksi bahwa itu bisa terjadi melalui peledakan helium yang disumbangkan pada permukaan salah satu komponen, dengan leluhur kerdil putih-putih diperlukan untuk menjelaskan luminositas rendah ekstrim. SN 2005E, redup bahkan dibandingkan dengan supernova Tipe Ia.

Gambar. S3, Perets et al. SN 2005E juga menunjukkan jumlah nitrogen yang aneh dalam ejectanya - jumlah yang serupa dengan yang diproduksi oleh supernova inti runtuh Tipe II, tetapi fraksi mirip dengan supernova Tipe Ib. Selain itu, total massa yang dikeluarkan lebih kecil dari normal untuk kelas mana pun - lebih dekat dengan yang diharapkan untuk supernova Tipe Ia, tetapi sangat redup.

Satu pertanyaan tetap: Bagaimana SN 2005E menyimpang sejauh ini dari NGC 1032? Penjelasan yang paling mungkin adalah bahwa nenek moyang itu adalah bintang hypervelocity, awalnya dikeluarkan dari wilayah galaksi setelah pertemuan dengan lubang hitam supermasif (SMBH) atau biner SMBH. Kecepatan yang diperlukan untuk mendorong bintang masif sejauh ini dari pusat sebelum meledak berkisar antara 300 km / detik hingga 1600 km / detik - tidak masuk akal. Namun, tingkat di mana pertemuan seperti itu terjadi untuk bintang bermassa tinggi membuat peristiwa ini tidak mungkin dilihat oleh teleskop, dan ditambah dengan pengamatan, tetap tidak mungkin bahwa nenek moyang itu adalah bintang masif tunggal, tetapi sebaliknya sistem biner kerdil putih , dengan cara yang sama dikeluarkan dari pusat galaksi.

Apakah supernova yang kaya kalsium benar-benar sendirian?

SN 2005E tidak tetap satu-satunya supernova kaya kalsium yang diketahui. Tim yang sama yang menemukannya juga menemukan satu set supernova sebelumnya dalam data arsip yang memiliki banyak properti yang sama, dan kelompok lain dapat mendeteksi yang baru, serta mempelajari supernova sebelumnya secara lebih rinci. Pada titik ini, menjadi jelas bahwa semua objek memiliki beberapa sifat yang sama: mereka memiliki ejecta massa rendah, sebagian besar di antaranya adalah kalsium, dan mereka berada jauh dari pusat galaksi, memanjang hingga jarak puluhan. dari kiloparsec.

Gambar. 3, Lyman et al. SN 2007ke juga terjadi jauh dari galaksi terdekat. Frame kedua dan ketiga adalah inset yang dilihat oleh Hubble melalui filter yang berbeda, menunjukkan target menarik lainnya.

Fakta bahwa supernova tampaknya terjadi pada pemisahan yang besar memotivasi pencarian galaksi inang yang lemah. Sebagai contoh, mungkinkah SN 2003dr, yang diimbangi dari cakram NGC 5714, pada kenyataannya terletak di gugus globular yang samar, atau bahkan di galaksi kerdil kecerahan rendah permukaan? Tidak, kata Lyman et al. 2016, sejauh yang bisa dilihat Hubble. Tim menemukan hasil serupa untuk sejumlah supernova yang kaya kalsium, membenarkan gagasan bahwa supernova ini benar-benar terjadi jauh dari inti galaksi mana pun.

Itu juga mengejutkan bahwa beberapa supernova ini jelas terjadi di ruang antara galaksi - tidak hanya di luar jangkauan mereka. Bahkan, ketika mempelajari beberapa supernova yang kaya kalsium seperti PTF12bho dan PTF11kmb, menjadi tantangan untuk menentukan dari mana asalnya (lihat Lunnan et al. 2017). Misalnya, sementara yang terakhir adalah 150 kpc mengejutkan dari NGC 7265, galaksi yang tetap paling mungkin menjadi sumber nenek moyang, karena kandidat lain memiliki pergeseran merah yang menempatkan mereka lebih jauh dari kluster galaksi.

Fig. 10, Lunnan et al. PFT12bho di dua bidang SDSS yang berbeda dari tampilan rumahnya, Cluster Coma.

Dengan ukuran sampel yang lebih besar dari supernova yang kaya kalsium, para astronom telah menentukan bahwa mereka semua memiliki sejumlah faktor yang sama, termasuk luminositas menengah dan kurva cahaya yang berubah cepat bila dibandingkan dengan supernova normal. Ini membuatnya lebih mudah untuk mengidentifikasi kandidat baru di antara supernova yang sebelumnya dikenal, tetapi kami masih belum tahu banyak. Semoga, dengan sedikit keberuntungan, jumlah itu akan bertambah.