Нейтронная звезда, обнаруженная космическим телескопом Джеймса Уэбба, оставалась скрытой в течение 37 лет, скрываясь среди обломков звездного взрыва Сверхновой
Используя космический телескоп Джеймса Уэбба, астрономы завершили почти десятилетнюю игру в небесные прятки после того, как обнаружили нейтронную звезду среди обломков звездного взрыва.
Сверхновая 1987А представляет собой остатки взорвавшейся звезды, масса которой когда-то была примерно в 8–10 раз больше солнечной. Она расположена на расстоянии около 170 000 световых лет от Земли в Большом Магеллановом Облаке, карликовой галактике, соседней Млечному Пути . Сверхновая 1987А была впервые замечена астрономами 37 лет назад в 1987 году, отсюда и цифровой аспект ее названия. Взорвавшись, сверхновая 1987А сначала осыпала Землю призрачными частицами, называемыми нейтрино, а затем стала видимой в ярком свете. Это сделало ее ближайшей и самой яркой сверхновой, наблюдавшейся в ночном небе над Землей за последние 400 лет.
Взрывы сверхновых, подобные этому, ответственны за засеивание космоса такими элементами, как углерод, кислород, кремний и железо. Эти элементы в конечном итоге становятся строительными блоками следующего поколения звезд и планет и даже могут образовывать молекулы, которые однажды могут стать неотъемлемой частью жизни, какой мы ее знаем. Эти взрывы также порождают компактные остатки звезд либо в форме нейтронных звезд, либо в форме черных дыр ; в течение 37 лет астрономы не знали, какая из них может скрываться в основе сверхновой 1987А.
В течение долгого времени мы искали доказательства существования нейтронной звезды в газе и пыли сверхновой 1987А», — рассказал Майк Барлоу, заслуженный профессор физики и астрономии и член команды, стоящей за этим открытием. . «Наконец-то у нас есть доказательства, которые мы искали
Как нейтронная звезда скрывается 4 десятилетия?
Нейтронные звезды рождаются, когда массивные звезды исчерпывают запасы топлива, необходимые для ядерного синтеза, происходящего в их ядрах. Это отсекает внешнюю энергию, исходящую из ядер этих звезд, и защищает их от коллапса под действием собственной гравитации.
Когда ядро звезды коллапсирует, огромные взрывы сверхновых прорывают внешние слои звезды, уничтожая их. В результате остается «мертвая» звезда шириной со средний город на Земле, но с массой, примерно в один или два раза превышающей солнечную; В конечном итоге звезда состоит из жидкости нейтронных частиц, которая является самой плотной из известных материй во Вселенной.
Однако нейтронные звезды удерживаются от полного коллапса благодаря квантовым эффектам, возникающим между нейтронами в их недрах. Эти эффекты не позволяют нейтронам слипаться друг с другом. Это так называемое «давление нейтронного вырождения» можно преодолеть, если ядро звезды имеет достаточную массу — или если нейтронная звезда после своего создания накапливает большую массу. Это приведет к рождению черной дыры (хотя, если минимум массы не будет достигнут, этого не произойдет).
Ученые были вполне уверены, что объект сверхновой 1987А является нейтронной звездой, но они не могли исключить возможность того, что эта недавно умершая звезда, по крайней мере, такой, какой мы видим ее около 170 000 лет назад, не набрала массу, необходимую для превратиться в черную дыру.
«Еще одна возможность заключалась в том, что падающее вещество могло аккрецироваться на нейтронной звезде и вызвать ее коллапс в черную дыру. Таким образом, черная дыра была возможным альтернативным сценарием», — сказал Барлоу. «Однако спектр, который создает падающий материал, не является тем спектром, который может объяснить излучение, которое мы видим».
Тебе становится теплее...
Недавно идентифицированная нейтронная звезда избегала обнаружения в течение 37 лет из-за того, что, будучи новорожденной, она все еще была окружена толстой пеленой газа и пыли, выпущенной во время взрыва сверхновой, который сигнализировал о смертельных агониях ее звезды-прародителя.
«Обнаружение было затруднено тем фактом, что сверхновая конденсировала около половины солнечной массы пыли в последующие годы после взрыва», — сказал Барлоу. «Эта пыль действовала как затмевающий экран радион из центра сверхновой 1987А».
Пыль гораздо менее эффективно блокирует инфракрасный свет, чем видимый свет. Итак, чтобы заглянуть сквозь эту смертельную пелену в самое сердце сверхновой 1987А, Барлоу и его коллеги обратились к высокочувствительному инфракрасному глазу JWST , в частности, к прибору среднего инфракрасного диапазона и спектрографу ближнего инфракрасного диапазона.
Неопровержимые доказательства существования этой скрытой нейтронной звезды были связаны с выбросами элементов аргона и серы, исходящими из центра сверхновой 1987А. Эти элементы ионизированы, то есть у них оторваны электроны от их атомов. Барлоу сказал, что эта ионизация могла произойти только из-за излучения, испускаемого нейтронной звездой.
Выбросы позволили команде ограничить яркость или светимость когда-то скрытой нейтронной звезды. Они определили, что она составляет около десятой части яркости Солнца.
Команда, возможно, определила, что нейтронная звезда родилась от сверхновой 1987А, но еще не все тайны этой нейтронной звезды раскрыты.
Это потому, что ионизация аргона и серы, которая служила их дымящимся пистолетом, могла быть вызвана нейтронной звездой одним из двух способов. Ветры заряженных частиц, увлекаемые быстро вращающейся нейтронной звездой и ускоряемые до скорости, близкой к световой, могли взаимодействовать с окружающим материалом сверхновой, вызывая ионизацию. Или ультрафиолетовое и рентгеновское излучение, испускаемое поверхностью горячей нейтронной звезды с температурой в миллион градусов, могло оторвать электроны от атомов в центре этих звездных обломков.
Если первый сценарий верен, то нейтронная звезда в центре сверхновой 1987А на самом деле представляет собой пульсар, окруженный пульсарной ветровой туманностью. Пульсары — это, по сути, вращающиеся нейтронные звезды. Однако если последний сценарий является правильным рецептом для этих выбросов, то эта близкая сверхновая породила «голую» или «голую» нейтронную звезду, поверхность которой будет обращена непосредственно в космос.
Барлоу предположил, что исследователи смогут отличить голую нейтронную звезду от звезды, окутанной туманностью пульсарного ветра, проведя дальнейшие инфракрасные наблюдения сердца сверхновой 1987А с помощью прибора NIRSpec JWST.
«У нас есть программа, которая сейчас собирает данные, и которая будет получать данные с разрешением в 3 или 4 раза выше в ближнем инфракрасном диапазоне», — заключил он. «Итак, получив эти новые данные, мы сможем различить две модели, предложенные для объяснения излучения нейтронной звезды».