Phoebe Newman 
Ta ilustracja przedstawia masywną gwiazdę, która ma eksplodować. Eksplozja została wywołana po tym, jak jej towarzysz, martwa gwiazda (czarna dziura lub gwiazda neutronowa) wpadła do jądra gwiazdy. Naukowcy twierdzą, że czarna dziura lub gwiazda neutronowa zderzyła się z masywną gwiazdą, a następnie, podróżując w głąb lądu przez wieki, wyrzuciła wir materii z atmosfery gwiazdy (na zdjęciu otaczającym gwiazdę). Kiedy dotarł do jądra gwiazdy, materiał z jądra szybko spadł na zwłoki gwiazdy, uwalniając parę dżetów z prędkością bliską prędkości światła. Na przedstawieniu tego artysty ukazane są dżety przedzierające się przez gwiazdę, które wkrótce wywołają wybuch supernowej. Po kilku latach supernowa przebije się przez większość wyrzuconej spirali, która rozciąga się do około 10 000 razy większej od gwiazdy. Spowoduje to powstanie świetlistego przejściowego źródła radiowego, które jest obserwowane przez bardzo dużą matrycę. Źródło: Chuck Carter
Teoretycy przewidzieli pierwsze obserwacje zupełnie nowego typu supernowej, ale nie zostało to wcześniej potwierdzone.
W 2017 r. w danych zebranych w ramach projektu VLA (Very Large Array Sky Survey), który skanuje nocne niebo za pomocą fal radiowych, odkryto jasne i niezwykłe źródło fal radiowych. Teraz, kierowany przez doktoranta Caltech, Dillona Donga (MS ’18), zespół astronomów ustalił, że jasna poświata radiowa była spowodowana Czarna dziura lub gwiazda neutronowa Zderza się ze swoją gwiazdą towarzyszącą w bezprecedensowym procesie.
„Masywne gwiazdy zwykle eksplodują jako supernowe, gdy kończy się ich paliwo jądrowe” – mówi Greg Hallinan, profesor astronomii w Caltech. „Ale w tym przypadku gazowa czarna dziura lub gwiazda neutronowa spowodowała przedwczesną eksplozję towarzyszącej jej gwiazdy”. Po raz pierwszy w historii potwierdzono wybuch supernowej spowodowany fuzją.
Artykuł o wynikach został opublikowany w czasopiśmie Nauki ścisłe 3 września 2021 r.
Jasne świeci na nocnym niebie
Hallinan i jego zespół poszukują tak zwanych transjentów radiowych – krótkotrwałych źródeł fal radiowych, które jasno świecą i palą się szybko jak zapałka w zaciemnionym pokoju. Nadajniki radiowe to doskonały sposób na identyfikację niezwykłych zdarzeń astronomicznych, takich jak wybuchanie masywnych gwiazd i uwalnianie energetycznych dżetów lub łączenie się gwiazd neutronowych.
Dillon Dong, z 40-metrową anteną radiową w Obserwatorium Radiowym Owens Valley w Caltech w tle.
Gdy Dong przeszukiwał ogromny zbiór danych VLA, wybrał z przeglądu VLA bardzo jasne źródło fal radiowych o nazwie VT 1210 + 4956. To źródło jest związane z najjaśniejszym transjentem radiowym związanym z supernową.
Dong ustalił, że jasna energia radiowa była pierwotnie gwiazdą otoczoną gęstą, gęstą skorupą gazową. Ta gazowa powłoka została wyrzucona z gwiazdy kilkaset lat temu przed dniem dzisiejszym. VT 1210+4956, Radio Transient, wystąpił, gdy gwiazda w końcu eksplodowała jako supernowa, a materia uwolniona z eksplozji weszła w interakcję z otoczką gazową. Jednak sam pocisk gazowy i oś czasu, w której został wystrzelony z gwiazdy, były niezwykłe, więc Dong podejrzewał, że może być coś więcej w historii tej eksplozji.
Dwa niezwykłe wydarzenia
Po odkryciu Donga, absolwentka Caltech Anna Ho (doktorat w roku 20) zasugerowała, aby ten tranzyt radiowy porównać z innym wskaźnikiem krótkich jasnych zdarzeń w widmie rentgenowskim. Niektóre zdarzenia rentgenowskie były tak krótkotrwałe, że istniały na niebie tylko przez kilka sekund czasu ziemskiego. Badając ten inny katalog, Dong odkrył źródło promieniowania rentgenowskiego, które pochodziło z tego samego miejsca na niebie, co VT 1210 + 4956. Dzięki dokładnej analizie Dong udowodnił, że promieniowanie rentgenowskie i fale radiowe prawdopodobnie pochodziły z tego samego zdarzenia.
Greg Hallinan
„Przechodzące promieniowanie rentgenowskie było niezwykłym wydarzeniem – wskazywało, że w momencie wybuchu wystrzeliwany był relatywistyczny dżet” – mówi Dong. Poświata radioluminescencyjna wskazywała, że materia z tej eksplozji zderzyła się później z ogromnym pierścieniem gęstego gazu, który został wyrzucony z gwiazdy wieki temu. Te dwa wydarzenia nie są ze sobą powiązane i same w sobie są bardzo rzadkie”.
rozwiązywanie zagadek
więc co się stało? Po dokładnym modelowaniu zespół zidentyfikował najbardziej prawdopodobne wyjaśnienie – zdarzenie, w które zaangażowani byli niektórzy kosmiczni gracze, o których wiadomo, że generują fale grawitacyjne.
Spekulowali, że zwarta pozostałość wcześniej eksplodowanej gwiazdy – czarna dziura lub gwiazda neutronowa – wkrótce krąży wokół gwiazdy. Z czasem czarna dziura zaczęła przyciągać atmosferę towarzyszącej jej gwiazdy i wystrzeliwać ją w przestrzeń, tworząc torus gazowy. Proces ten zbliżył te dwa obiekty do siebie, aż czarna dziura zagłębiła się w gwiazdę, powodując zapadnięcie się gwiazdy i jej wybuch jako supernową.
Promienie X zostały wytworzone przez dżet, który został wystrzelony z jądra gwiazdy w momencie jej zapadnięcia się. Natomiast fale radiowe zostały wyprodukowane lata później, kiedy eksplodująca gwiazda dotarła do torusa gazu wyrzuconego przez wznoszące się, skompresowane ciało.
Astronomowie wiedzą, że masywna gwiazda i towarzyszące jej zwarte ciało mogą tworzyć tak zwaną stabilną orbitę, na której oba ciała stopniowo krążą coraz bliżej i bliżej przez niezwykle długi okres czasu. Proces ten tworzy układ podwójny, który jest stabilny przez miliony do miliardów lat, ale w końcu zderzy się i wyemituje rodzaj fal grawitacyjnych wykrywanych przez klocki Lego w 2015 i 2017.
Jednak w przypadku VT 1210 + 4956 oba obiekty zderzyły się natychmiast i katastrofalnie, powodując eksplozję promieni rentgenowskich i obserwowanych fal radiowych. Chociaż zderzenia takie jak te były przewidywane teoretycznie, VT 1210 + 4956 dostarcza pierwszych konkretnych dowodów na to.
Badanie zbiegów okoliczności
Przegląd nieba VLA generuje ogromne ilości danych o sygnałach radiowych z nocnego nieba, ale przesiewanie tych danych w celu odkrycia interesującego i jasnego zdarzenia, takiego jak VT 1210+4956, jest jak znalezienie igły w stogu siana. Dong mówi, że znalezienie tej konkretnej igły było w pewnym sensie zbiegiem okoliczności.
„Mieliśmy pomysły na to, co możemy znaleźć w ankiecie VLA, ale byliśmy otwarci na możliwość znalezienia rzeczy, których się nie spodziewaliśmy” – wyjaśnia Dong. „Stworzyliśmy warunki do odkrycia czegoś interesującego, wykonując luźno ograniczone i otwarte przeszukiwania dużych zbiorów danych, a następnie biorąc pod uwagę wszystkie wskazówki kontekstowe, które możemy zebrać na temat znalezionych obiektów. Podczas tego procesu czujesz się ciągnięty w różnych kierunkach przez różne interpretacje, a ty po prostu pozwalasz naturze powiedzieć ci, co tam jest.
Artykuł nosi tytuł „Transient Radio Source Corresponding to a Fusion Supernova”. Dillon Dong jest pierwszym autorem. Oprócz Hallinana i Hu dodatkowymi współautorami są Ehud Nakar, Andrew Hughes, Kenta Hotukizaka, Steve Myers (PhD 90), Keshalai Dee (MS ’18, PHD ’21), Kunal Moli (PhD 15), Vikram Ravi, Asaf Horesh, Mansi Kesliwal (MS ’07, Ph.D. ’11) i Shree Kulkarni. Finansowanie zapewniły: Narodowa Fundacja Nauki, amerykańsko-izraelska Bilateralna Fundacja Nauki, I-Core Program Komitetu Planowania i Budżetu oraz Izraelska Fundacja Nauki, Kanadyjska Rada Nauk Przyrodniczych i Inżynierii, Miller Institute for Basic Research in Science na UC Berkeley oraz Japan Society for the Promotion of Science, Early Professional Scientists Program, National Radio Astronomy Observatory i Heising-Simons Foundation.
