Ученые обнаружили прячущиеся сверхновые

Можно подумать, что сверхновые (смертельную агонию массивных звезд и одни из самых ярких и мощных взрывов во Вселенной) будет трудно пропустить. Тем не менее, количество таких взрывов, наблюдаемых в далеких частях Вселенной, далеко не соответствует предсказаниям астрофизиков.

Новое исследование с использованием данных недавно выведенного на пенсию космического телескопа НАСА Spitzer сообщает об обнаружении 5 сверхновых, которые никогда не наблюдались в оптическом свете. Спитцер видел Вселенную в инфракрасном свете, который проникает сквозь облака пыли, блокирующие оптический свет - свет, который видят наши глаза, и наиболее ярко излучаемые сверхновыми без затемнения.

Чтобы найти скрытые сверхновые, исследователи изучили наблюдения спутника Spitzer 40 пыльных галактик. В космосе пыль относится к подобным зернам частицам с консистенцией, как у дыма. Основываясь на количестве, которое они обнаружили в этих галактиках, исследование подтверждает, что сверхновые действительно случаются так часто, как ожидают ученые. Это ожидание основано на нынешнем понимании учеными того, как эволюционируют звезды. Подобные исследования необходимы, чтобы улучшить это понимание, укрепляя или оспаривая определенные аспекты.

«Результаты со Спитцера показывают, что оптические обзоры, на которые мы долгое время полагались для обнаружения сверхновых, пропускают до половины звездных взрывов, происходящих во Вселенной», - сказал Ори Фокс, ученый из Научного института космического телескопа в Балтиморе и ведущий автор нового исследования, опубликованного в Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества. «Это очень хорошая новость, что количество сверхновых, которые мы наблюдаем с помощью Спитцера, статистически согласуется с теоретическими предсказаниями».

«Несоответствие сверхновых», то есть несоответствие между числом предсказанных сверхновых и числом, наблюдаемым оптическими телескопами, не является проблемой для ближайшей Вселенной. Там галактики замедлили темп звездообразования и уже менее пыльные. Но в более отдаленных уголках Вселенной галактики кажутся моложе, производят звезды с большей скоростью и имеют тенденцию к большому количеству пыли. Эта пыль поглощает и рассеивает оптический и ультрафиолетовый свет, не позволяя ему попасть в телескопы. Исследователи давно пришли к выводу, что пропавшие сверхновые должны существовать и просто невидимы.

«Поскольку локальная Вселенная немного успокоилась с первых лет образования звезд, мы видим ожидаемое количество сверхновых при типичных оптических поисках», - сказал Фокс. «Но наблюдаемый процент обнаружения сверхновых снижается по мере того отдаления и возвращения к космическим эпохам, где преобладали более пыльные галактики».

Обнаружение сверхновых на таком большом расстоянии может оказаться сложной задачей. Чтобы выполнить поиск сверхновых в более темных галактических сферах, но на меньших расстояниях, команда Фокса выбрала локальный набор из 40 пыльных светящихся и сверхсветовых инфракрасных галактик (LIRG и ULIRG). Пыль в LIRG и ULIRG поглощает оптический свет от сверхновых, но позволяет инфракрасному свету от этих же объектов беспрепятственно проходить через телескопы, такие как Spitzer, чтобы его обнаружить.

Предположение исследователей подтвердилось, когда в (инфракрасном) свете появились пять невиданных ранее сверхновых. «То, что телескоп смог уловить сигнал скрытых сверхновых от этих пыльных галактик, свидетельствует о потенциале открытия Спитцера», - сказал Фокс.

Типы сверхновых, обнаруженные Спитцером, известны как «сверхновые с коллапсом ядра», в них участвуют гигантские звезды, масса которых по крайней мере в 8 раз превышает массу Солнца. По мере старения их ядра наполняются железом, большие звезды больше не могут производить достаточно энергии, чтобы противостоять собственной гравитации, и их ядра разрушаются внезапно и катастрофически.

Интенсивное давление и температура, возникающие во время быстрого обрушения, образуют новые химические элементы посредством ядерного синтеза. Коллапсирующие звезды в конечном итоге отскакивают от сверхплотных ядер, разносятся вдребезги и рассеивают элементы по всему космосу. Сверхновые звезды производят «тяжелые» элементы, такие как большинство металлов. Эти элементы необходимы для создания каменистых планет, а также биологических существ. В целом, количество сверхновых служит важной проверкой моделей звездообразования и создания тяжелых элементов во Вселенной.

«Если вы знаете, сколько звезд формируется, вы можете предсказать, сколько звезд взорвется», - сказал Фокс. «Или, наоборот, если вы знаете, сколько звезд взрывается, можете предсказать, сколько звезд образуется. Понимание этой взаимосвязи имеет решающее значение для многих областей исследований в астрофизике».

Телескопы нового поколения, в том числе космический телескоп НАСА Нэнси Грейс Роман и космический телескоп Джеймса Уэбба, будут обнаруживать инфракрасный свет, как и Спитцер.

«Наше исследование показало, что модели звездообразования более соответствуют частоте появления сверхновых, чем считалось ранее», - сказал Фокс. «И, обнаружив эти скрытые сверхновые, Спитцер подготовил почву для новых видов открытий с помощью космических телескопов Уэбба и Роман».