天文学者は、コア崩壊超新星として爆発する前に、6つの大質量星を特定しました

紫外光、可視光、赤外光で見たハッブル超深宇宙。 クレジット: NASA、ESA、H. Teplitz および M. Rafelski (IPAC/Caltech)、A. Koekemoer (STScI)、R. Windhorst (アリゾナ州立大学)、および Z. Levay (STScI)

由緒あるハッブル宇宙望遠鏡は、そのサービスの歴史 (32 年、7 か月、6 日、数え切れないほど) の間に、私たちに多くのことをもたらしてくれました。 何年も経った今でも、ジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) や NASA の大天文台ファミリーの他のメンバーなど、最近追加されたこの多機能で洗練された天文台は、その重要性を維持しています。 現在も観測キャンペーンを行っていることに加えて、天文学者や天体物理学者は、長年にわたって蓄積された大量のハッブル データをくまなく調べて、さらに多くの隠された宝石を見つけています。

カリフォルニア工科大学が率いるチームは最近、ハッブル アーカイブでいくつかの非常に興味深い発見を行いました。そこで彼らは、6 つの超新星の場所を観察して、それらの前駆星についてさらに学びました。 彼らの観測はハッブル宇宙望遠鏡のスナップショット プログラムの一部であり、天文学者は HST 画像を使用して星、銀河、その他の天体のライフ サイクルと進化を図表化します。 このことから、彼らは前駆星のサイズ、質量、およびその他の重要な特性に制約を課すことができ、コアの崩壊を経験する前に経験したことを知ることができました。

チームは博士によって率いられました. Schuyler D. Van Dyk は、カリフォルニア工科大学の赤外線処理および分析センター (IPAC) の上級研究科学者です。 彼のチームメイトには、カリフォルニア大学バークレー校、宇宙望遠鏡科学研究所、アリゾナ大学のスチュワード天文台、ハワイ大学の天文学研究所、ミネソタ大学の物理学と天文学部の研究者が含まれていました。 彼らの調査結果は、「6 つの超新星前駆体の消失」というタイトルの論文に掲載されました。 王立天文学会の月例通知.

彼らが論文で示しているように、彼らの研究のターゲットはすべて、ハッブルが高い空間分解能で画像化した近くのコア崩壊超新星 (SNe) でした。 これらの画像は、宇宙望遠鏡科学研究所 (STScI) によって作成されたハッブル スナップショット プログラムの一部であり、さまざまなターゲットの画像の大規模なサンプルを提供します。 各ターゲットは、他の観測プログラムの合間に、地球を回るハッブルの単一軌道で観測されるため、他の観測所では不可能な程度の柔軟性が得られます。

彼らの研究のために、ヴァン・ダイクと彼の同僚は、SN 2012A、SN 2013ej、SN 2016gkg、SN 2017eaw、SN 2018zd、および SN 2018aoq と指定された 6 つの銀河外超新星の爆発前後の画像を調べました。 銀河系外のターゲットでは、天文学者は、特定した星が超新星の前駆体であるかどうかを知るのが困難です。 ヴァン・ダイクが今日電子メールで宇宙に行くように、確実にする唯一の方法は、超新星が死ぬのを待ってから、前駆星が消えたことを確認することです。

超新星爆発は非常に明るいので、前駆体よりも明るくなくなるまで何年も待たなければなりません. 私たちの論文で示したいくつかのケースでは、「爆発前にそこにあった星は今はなくなっています. 他のケースでは、私たちは合理的に確信していますが、超新星はまだ検出可能であり、始祖が消えたと推測するのに十分なほどかすかです.

天文学者は、コア崩壊超新星として爆発する前に、6 つの大質量星を特定しました

渦巻銀河 (渦巻銀河 M51、NGC 5194)、Canes Venatici 星座に位置する古典的な渦巻銀河、およびその伴星 NGC 5195。Credit: NASA/ESA

以前の研究で、この研究の共著者である Van Dyk と数人の同僚は、前駆星が消失した別の超新星 (iPTF13bvn) を調査しました。 この場合、研究チームは、星が爆発してから約 740 日後に、超紫外超深場 (UVUDF) キャンペーンの一環として、SN サイトのハッブルによって取得されたデータに依存しました。 2013 年、Van Dyk は以前のスナップショット プログラムの画像を使用して、ワールプール銀河 (メシエ 51) の SN 2011dh の始祖が姿を消したことを確認する研究を主導しました。

長年にわたるこれらおよび他の論文は、前駆細胞候補が爆発前の画像から直接識別できることを示しています。 この最新の研究では、Van Dyk と彼の同僚は、進化の後期段階にある超新星を観察して、どのようなメカニズムが超新星を動かしているのかを調べました。 多くの場合、そのメカニズムは爆発の莫大なエネルギーによって合成された放射性核種(特に放射性ニッケル、コバルト、鉄)の崩壊です。 しかし、彼が説明したように、彼らは他のメカニズムが関与している可能性があると疑っていました。

しかし、一部の超新星は必然的に追加の動力源を持っているという兆候があります.1つの可能性は、超新星の光が星間塵によって爆発の直後に「光のエコー」の形で散乱されたというものです;別のより可能性の高い可能性は、爆発に伴う衝撃波は、星の寿命の過程で星自体によって星の周囲に堆積したガスと、風または爆発の形で、つまり星周囲物質と相互作用しています。そして、この星周物質と相互作用することで、何年も何十年も持続する光エネルギーを生み出すことができます。」

要するに、チームは、彼らが観察した超新星のうち、放射性崩壊とよりエキゾチックな動力メカニズムによって進化したものの数を推定しようとしていました。 彼らの結果は、SN 2012A、SN 2018zd、および SN 2018aoq が、ハッブル スナップショット画像で検出できなくなるポイントまで衰退したことを示しました。 したがって、6つのケースすべてで、前駆細胞が消失したと推測できました。 しかし、すべてが単一の大質量星の核崩壊の結果ではありませんでした。

SN 2016gkg の場合、ハッブルの広視野カメラ 3 (WFC3) によって取得された画像は、以前に引退した WFC2 によって撮影されたホスト銀河の画像よりもはるかに高い空間解像度と感度を備えていました。 これにより、SN 2016gkg は単一のコア崩壊超新星の結果ではなく、近隣の星と相互作用する前駆星であるという理論を立てることができました。

Van Dyk 氏は次のように述べています。先祖の光度と色の推定値は、現在は隣人によって汚染されていません。それから、先祖の全体的な特性、またはこの場合は先祖システムについていくつかの新しい推論を行うことができました。新しい結果を特徴付けたからです。連星系の既存のモデルを使用しています。」

天文学者は、コア崩壊超新星として爆発する前に、6つの大質量星を特定しました

超新星残骸の想像図。 クレジット: ESA/ハッブル

具体的には、彼らは、前駆星が「剥ぎ取られたエンベロープ」超新星 (SESNe) のクラスに属していることを決定しました。この超新星では、前駆星の外側の水素に富むエンベロープが大幅にまたは完全に取り除かれています。 彼らはさらに、始祖が主星であり、その伴星が主系列星である可能性が高いと推定しました。 彼らは、爆発前のそれぞれの質量にも制約を課しました (それぞれ 4.6 太陽質量と 17 ~ 20.5 太陽質量)。

別のスナップショット プログラムによって同時期に撮影された画像を参照した後、彼らは SN 2017eaw について興味深い点にも気付きました。 これらの画像は、この超新星が特に紫外線帯域で明るいことを示していました (「紫外線過剰」)。 これらの画像をデータと組み合わせることで、Van Dyk と彼のチームは、SN 2017eaw が観測された時点で UV に過剰な光があったと推測しました。

チームはまた、超新星爆発によって生成された塵は、外側に膨張するにつれて冷却されるため、複雑な要因であると指摘しました. Van Dyk氏によると、この塵は遠くの光源からの光を覆い隠し、観測を複雑にする可能性があります.

ここでの注意点は、爆発前に私たちが見た星は、たとえば、まったく始祖ではない可能性があるということです。また、ホスト銀河までの距離のために、その星は実際の超新星が塵を作った場合、その塵は超新星と隣接する星の両方を効果的に覆う. これは可能ですが、過度に可能性は高くありません.論文で指摘しているように、数年後に超新星の位置で何も見られない少数のケースでは、それには膨大な量の塵が必要であり、物理的に不可能である可能性が高い.

超新星の起源を追跡することは、天文学者が星のライフ サイクルについてさらに学ぶことができる多くの方法の 1 つです。 改良された機器、データ収集、および柔軟性により、宇宙がどのように進化し、時間の経過とともに変化し続けるかについて、より多くを明らかにすることができます。

詳しくは:
Schuyler D. Van Dyk ら、6 つの超新星前駆体の消失、 arXiv (2022)。 DOI: 10.48550/arxiv.2212.00179

ユニバーストゥデイ提供

引用: 天文学者は、コア崩壊超新星として爆発する前に 6 つの大質量星を特定しました (2022 年 12 月 6 日) https://phys.org/news/2022-12-astronomers-massive-stars-core-collapse-超新星.html

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