Một ngôi sao siêu tân tinh mới được phát hiện gần đó đã phóng ra khối vật chất có khối lượng bằng mặt trời vào năm trước khi nó phát nổ, thách thức các lý thuyết tiêu chuẩn về sự tiến hóa của sao. Những quan sát mới giúp các nhà thiên văn học hiểu rõ hơn về những gì xảy ra trong năm cuối cùng của một ngôi sao trước khi nó chết và phát nổ.

Một năm trước khi xuất hiện siêu tân tinh, ngôi sao siêu khổng lồ đỏ hiện được gọi là SN2023ixf bất ngờ mất đi khối lượng tương đương Mặt trời. Quan niệm của nghệ sĩ này cho thấy điều gì có thể xảy ra trong giai đoạn mất khối lượng cuối cùng trước khi một ngôi sao phát nổ. Nguồn hình ảnh: Melissa Weiss/CfA.

Siêu tân tinh sụp đổ lõi và SN2023ixf

TAGP H58SN2023ixf là siêu tân tinh loại II mới được phát hiện bởi nhà thiên văn học nghiệp dư Koichi Itagaki ở tỉnh Yamagata, Nhật Bản, vào tháng 5 năm 2023, ngay sau vụ nổ của ngôi sao bản địa hoặc nguồn gốc của nó. SN2023ixf nằm trong Thiên hà Bánh xe Thông, cách Trái đất khoảng 20 triệu năm ánh sáng. Nó rất gần Trái đất, siêu tân tinh cực kỳ sáng và tuổi của nó rất trẻ, điều này khiến nó trở thành kho tàng dữ liệu có thể quan sát được cho các nhà khoa học nghiên cứu về cái chết của các ngôi sao lớn trong vụ nổ siêu tân tinh.

Khi khối lượng của một ngôi sao siêu khổng lồ đỏ ít nhất gấp 8 lần khối lượng Mặt trời và có thể gấp tới 25 lần khối lượng Mặt trời, nó sẽ sụp đổ dưới sức nặng của chính nó và phát nổ. Đây là siêu tân tinh loại II hoặc siêu tân tinh sụp đổ lõi. Trong khi SN2023ixf phù hợp với mô tả của Loại II, các quan sát đa bước sóng tiếp theo do các nhà thiên văn học tại Harvard và Trung tâm Vật lý thiên văn Smithsonian (CfA) thực hiện, cũng như sử dụng nhiều kính thiên văn CfA khác nhau, đã phát hiện ra hành vi mới và bất ngờ.

SN2023ixf là siêu tân tinh trẻ được phát hiện vào đầu năm nay bởi nhà thiên văn nghiệp dư Koichi Itagaki ở tỉnh Yamagata, Nhật Bản. Đây là một trong những siêu tân tinh loại II gần nhất trong một thập kỷ và là một trong những siêu tân tinh sáng nhất cho đến nay. Hình vẽ của nghệ sĩ này cho thấy vụ nổ rực rỡ của SN2023ixf, diễn ra sau sự mất khối lượng bất ngờ mà các nhà thiên văn học chưa từng thấy trước đây. Nguồn hình ảnh: Melissa Weiss/CfA

Siêu tân tinh sụp đổ lõi tạo ra một tia sáng trong vài giờ sau khi trở thành siêu tân tinh khi sóng xung kích từ vụ nổ chạm tới rìa ngoài của ngôi sao. Tuy nhiên, đường cong ánh sáng do SN2023ixf tạo ra dường như không tuân theo hành vi dự kiến ​​này. Để hiểu rõ hơn về vụ nổ tác động của SN2023ixf, một nhóm các nhà khoa học do nhà nghiên cứu sau tiến sĩ Daichi Hiramatsu của CfA dẫn đầu đã phân tích dữ liệu từ Kính viễn vọng Tillinghast 1,5 mét, Kính viễn vọng 1,2 mét và CfA ở Arizona. Dữ liệu từ MMT tại Đài thiên văn Fred Lawrence Whipple tại fA, cũng như dữ liệu từ Dự án Siêu tân tinh toàn cầu (một dự án quan trọng của Đài quan sát Las Cumbres), Đài thiên văn Neil Gehrels Swift của NASA và nhiều dự án khác. Nghiên cứu đa bước sóng, được công bố trong tuần này trên Tạp chí Vật lý thiên văn, cho thấy trái ngược với kỳ vọng và lý thuyết tiến hóa sao, vụ nổ va chạm của SN2023ixf đã bị trì hoãn vài ngày.

Ảnh hưởng của vụ nổ sốc bị trì hoãn

“Vụ nổ sốc bị trì hoãn là bằng chứng trực tiếp về sự tồn tại của vật chất dày đặc được tạo ra do sự mất khối lượng gần đây,” Hiramatsu nói và nói thêm rằng sự mất khối lượng cực lớn như vậy không phải là điển hình của siêu tân tinh Loại II. Những quan sát mới của chúng tôi cho thấy sự mất khối lượng trong năm cuối cùng trước vụ nổ là rất lớn và bất ngờ - gần bằng khối lượng của Mặt trời. "

Bức ảnh tổng hợp này được chụp bằng kính viễn vọng 1,2m của Đài thiên văn Fred Lawrence Whipple của CfA vào ngày 27 tháng 6 năm 2023, chỉ hơn một tháng sau vụ nổ của ngôi sao tiền thân SN2023ixf, hình ảnh này kết hợp ánh sáng xanh lục, đỏ, cận hồng ngoại và hồng ngoại để làm nổi bật SN2023ixf và Thiên hà Chong Chóng nằm ở một trong những nhánh xoắn ốc của Dải Ngân hà, nơi các ngôi sao lớn phát nổ. Nguồn: S. Gomez/STScI

.SN2023ixf thách thức sự hiểu biết của các nhà thiên văn học về quá trình tiến hóa của các ngôi sao lớn và sự tiến hóa của chúng thành siêu tân tinh. Trong khi các nhà khoa học biết rằng siêu tân tinh sụp đổ lõi là điểm khởi nguồn chính cho sự hình thành và tiến hóa của các nguyên tử, sao neutron và lỗ đen trong vũ trụ, thì người ta lại biết rất ít về những năm trước khi một ngôi sao phát nổ. Những quan sát mới cho thấy sự mất ổn định có thể xảy ra trong những năm cuối đời của một ngôi sao, dẫn đến sự mất khối lượng cực độ. Điều này có thể liên quan đến giai đoạn cuối của quá trình đốt cháy hạt nhân các nguyên tố chất lượng cao như silicon trong lõi sao.

Quan sát và hợp tác sâu hơn

Trong khi thực hiện các quan sát đa bước sóng do Daichi Hiramatsu dẫn đầu, Edo Berger, giáo sư thiên văn học và cố vấn tại Đại học Harvard và CfA, đã tiến hành quan sát sóng milimet của siêu tân tinh này bằng cách sử dụng Mảng hạ milimet CfA (SMA) trên đỉnh Mauna Kea, Hawaii. Dữ liệu được công bố trên Tạp chí Vật lý thiên văn, theo dõi trực tiếp các vụ va chạm giữa các mảnh vụn siêu tân tinh và vật chất dày đặc bị mất trước vụ nổ.

"Thời điểm xảy ra vụ nổ SN2023ixf là hoàn hảo," Berger nói. “Chỉ vài ngày trước, chúng tôi đã bắt đầu một chương trình mới kéo dài ba năm đầy tham vọng để nghiên cứu các vụ nổ siêu tân tinh bằng SMA và siêu tân tinh thú vị gần đó này là mục tiêu đầu tiên của chúng tôi.” Cách duy nhất để hiểu các ngôi sao có khối lượng lớn hoạt động như thế nào trong những năm cuối đời cho đến khi chúng phát nổ là phát hiện các siêu tân tinh khi chúng còn rất trẻ, tốt nhất là ở gần chúng và nghiên cứu chúng ở nhiều bước sóng khác nhau. Bằng cách sử dụng kính thiên văn quang học và sóng milimet, chúng tôi đã biến SN2023ixf thành một cỗ máy thời gian một cách hiệu quả, tái tạo lại hình dáng của nó trước khi chết. "

Tầm quan trọng của các nhà thiên văn nghiệp dư

Việc phát hiện ra siêu tân tinh này và công việc tiếp theo sau đó có ý nghĩa rất lớn đối với các nhà thiên văn học trên khắp thế giới, bao gồm cả những người tiến hành nghiên cứu khoa học ở sân sau của chính họ. Itagaki đã phát hiện ra nó vào ngày 19 tháng 5, 2023, tại một đài quan sát tư nhân ở Okinawa, Nhật Bản. Siêu tân tinh này. Dữ liệu tổng hợp từ Itagaki và các nhà thiên văn nghiệp dư khác đã xác định thời điểm xảy ra vụ nổ trong vòng hai giờ, mang lại khởi đầu thuận lợi cho các nhà thiên văn học CfA và các đài quan sát khác theo dõi. SN2023ixf lo ngại, sau khi Koichi Itagaki phát hiện ra SN2023ixf, tôi ngay lập tức nhận được một email khẩn cấp từ anh ấy. Nếu không có mối quan hệ này, cũng như không có sự nỗ lực và cống hiến của Itagaki, chúng tôi đã bỏ lỡ cơ hội thu được những hiểu biết quan trọng về quá trình tiến hóa của các ngôi sao lớn và vụ nổ siêu tân tinh của chúng "

.