الفلك

كيف يتم تكوين النحاس من الكالسيوم في انفجار سوبرنوفا؟

كيف يتم تكوين النحاس من الكالسيوم في انفجار سوبرنوفا؟

ما هي سلسلة التفاعلات المعقولة لتكوين النحاس (63 ، 29) من كاليفورنيا (40 ، 20) أثناء انفجار المستعر الأعظم؟ وكيف سيحدث ذلك؟ أنا لا أفهم النظرية الكامنة وراء ذلك. اعتقدت أن رد الفعل سينتهي في Iron والآن لا معنى لي.


لا يعتقد أن النحاس في المقام الأول مصنوع في سوبرنوفا. يُعتقد أنه يتم إنتاجه بشكل أساسي من خلال عملية s لالتقاط النيوترون البطيء على نوى ذروة الحديد الموجودة بالفعل داخل النجم. ردود الفعل هذه ماص للحرارة.

لا يزال مصدر النيوترونات محل نقاش إلى حد ما ، فقد يكون إما من اضمحلال $ ^ {13} $ C في النجوم الفرعية العملاقة ذات الكتلة المنخفضة نسبيًا أو من المرجح أن يكون من اضمحلال $ ^ {22} $ Ne in نجوم متطورة أكثر ضخامة (مثل Pignatari وآخرون 2010).

يمكنك أن ترى أدناه طريقًا نموذجيًا لإنتاج النحاس من $ ^ {56} $ Fe. محاور الرسم البياني عبارة عن عدد نيوتروني على المحور السيني ورقم بروتون (ذري) على المحور ص. ثلاثة من النيوترونات التي تم التقاطها يتبعها اضمحلال بيتا ، وأسر نيوترون ، واضمحلال بيتا ، ثم 3 المزيد من النيوترونات التي تلتقطها ، يليها اضمحلال بيتا آخر لتكوين $ ^ {63} $ Cu.

صافي العملية هو $$ ^ {56} { rm Fe} + 7n rightarrow ^ {63} { rm Cu} + 3e + 3 bar { nu} _e $$

ثم النحاس وزعت في الوسط النجمي عن طريق انفجار مستعر أعظم لاحق في نفس النجم.

إذا لم تكن هناك نوى ذروة الحديد "بذرة" (على سبيل المثال في الجيل الأول / الثاني من النجوم) ، فيمكن أن ينتج النحاس بطريقة غير فعالة عن طريق التقاط النيوترونات المتفجرة أثناء عملية انفجارات المستعرات الأعظمية. ومع ذلك ، لن يساهم هذا كثيرًا في النحاس الذي نراه على الأرض.


يرصد هابل المستعرات الأعظمية الغنية بالكالسيوم

تصوير تلسكوب هابل الفضائي (أزرق: F435W ، أخضر: متوسط ​​(F435W ، F606W) ، أحمر: F606W) للمضيف ، NGC 5714 ، والبيئة المباشرة لـ SN 2003dr. الصورة المضيفة هي 200 قوس على جانب ، وأحجام صور المرشح الفردية يشار إليها بواسطة المربع الأرجواني. يظهر موقع SN 2003dr في وسط كل صورة مكبرة ، مع الدائرة المتقطعة التي يبلغ نصف قطرها 0.2 قوس ثانية. يتم تمييز فتحات Kron لمصادر SExtractor المكتشفة على الصور الخاصة بها ، والتي تم تنعيمها قليلاً للمساعدة في التعرف البصري على المصادر. على مسافة NGC 5714 ، يكون القوس الواحد ∼ 160 قطعة. الائتمان: جوزيف ليمان وآخرون ، 2016.

يقدم تلسكوب هابل الفضائي التابع لناسا / وكالة الفضاء الأوروبية عددًا كبيرًا من الصور المذهلة للأجرام السماوية وكمية هائلة من البيانات العلمية المفيدة لعلماء الفلك. استخدم فريق من العلماء من المملكة المتحدة والسويد مؤخرًا هابل لدراسة المجرات المضيفة وبيئات خمسة مستعرات عظمى غنية بالكالسيوم والتي يمكن أن توفر رؤى جديدة حول تطور الأنظمة النجمية. نُشر بحثهم على الإنترنت في 25 فبراير في جريدة arXiv مجلة.

المستعرات الأعظمية الغنية بالكالسيوم ، وتسمى أيضًا المستعرات الغنيّة بالكالسيوم ، هي نوع من المستعرات الأعظمية التي تقذف بغزارة من الكالسيوم في الفضاء ، وأقل سطوعًا من أنواع المستعرات الأعظمية الأخرى وتتطور بسرعة أكبر. وفقًا للدراسات السابقة ، تم العثور على جزء كبير منها على مسافات كبيرة من أقرب مجرة ​​، خارج الجزء الأكبر من الضوء النجمي. يُعتقد أن هذا النوع من العابر قد يكون منتجًا رئيسيًا للكالسيوم في الكون.

استخدم الباحثون ، بقيادة جوزيف ليمان من جامعة وارويك بالمملكة المتحدة ، كاميرا هابل المتقدمة للمسوحات / قناة المجال الواسع (ACS / WFC) وكاميرا المجال الواسع 3 (WFC3) للحصول على صور لخمسة مستعرات عظمى غنية بالكالسيوم ، من بينها ثلاثة يعرضون إزاحات كبيرة واثنان يتطابقان مع قرص مضيفيهم.

وكتب العلماء في ورقة بحثية نشرت على موقع arXiv: "تتكون عينتنا من خمسة أمثلة لفئة المستعر الأعظم الغني بالكالسيوم ، والتي تم استهدافها بواسطة هابل في مدارين لكل منهما".

تم تحديد المستعرات الأعظمية ، الموجودة جيدًا خارج مضيفها ، SN 2003dr و SN 2005E و SN 2007ke ، وقد لوحظت باستخدام ACS. لم يجد العلماء أي مصادر مكتشفة تكمن وراء مواقع هذه المستعرات الأعظمية ، واستبعدوا وجود النجوم الضخمة والمجرات القزمة والعناقيد الكروية في هذه المواقع.

SN 2003dr هو الأكثر إثارة للاهتمام في هذه المجموعة لأنه معقد للغاية. إنه ينحرف على طول المحور الصغير للمجرة وبالتالي خارج ضوء القرص ، على الرغم من أنه قريب نسبيًا من المسافة الخطية. تُظهر صور هابل أيضًا ميزة المد والجزر القوية التي تمر عبر موقع هذا المستعر الأعظم على طول الجانبين الجنوبي والغربي من المجرة.

تم تصوير العابرين العابرين الغنيين بالكالسيوم في خط البصر مع أقراص المجرات من النوع المتأخر ، المسماة SN 2001co و SN 2003dg ، بواسطة WFC3 الخاص بتلسكوب هابل. اكتشف الفريق أن كلاهما يظهر تكوين نجمي قوي غير مكتمل وممرات غبار كبيرة - نموذجية لأنواعها المورفولوجية.

"في كل حالة ، يظهر موقع العابر قريبًا من مناطق تكوين النجوم. (...) علاوة على ذلك ، فإن عدم وجود مصادر أساسية يمكن تمييزها في مواقعها يتفق مع النتائج الخاصة بالعينة البعيدة ، على الرغم من وجود سبب أساسي واضح في هذه الحالات تعداد نجمي من قرص المجرة "، تقرأ الورقة.

بفضل البحث الجديد ، تمت ملاحظة كل مستعر أعظم غني بالكالسيوم تقريبًا يقع في غضون 300 مليون سنة ضوئية بالتفصيل. أكدت الدراسة أيضًا أن غالبية المجرات المضيفة لهذه المجرات العابرة هي أنظمة مضطربة أو مدمجة.

ومع ذلك ، لا يزال الجدل حول كيفية تشكل المستعرات الأعظمية الغنية بالكالسيوم. يمكن أن يكون بسبب اندماج الأقزام البيضاء مع النجوم النيوترونية بسبب انهيار النجوم الضخمة. وفقًا ليمان ، فإن آلية انفجار المستعر الأعظم يمكن أن تتسبب في "دفع" النجم النيوتروني إلى سرعات عالية جدًا.

قال لايمان: "يمكن لهذا النظام عالي السرعة أن يهرب بعد ذلك من مجرته ، وإذا نجا النظام الثنائي من الركلة ، فإن القزم الأبيض والنجم النيوتروني سوف يندمجان مما يتسبب في انفجار عابر".

خلص العلماء إلى أنه مع ظهور أعضاء جدد في الفصل ، سيكون من الحكمة إجراء المزيد من الاختبارات على هذا التحيز الواضح لإنتاج المستعرات الأعظمية الغنية بالكالسيوم في أنظمة مضطربة ومندمجة.


قسم الفيزياء وعلم الفلك

6 أغسطس 2020

الصورة أعلاه: تفسير الفنان & # 8217s للمستعر الأعظم الغني بالكالسيوم 2019ehk. يظهر باللون البرتقالي المادة الغنية بالكالسيوم التي نتجت عن الانفجار. يمثل اللون الأرجواني الغاز الذي دفعه النجم قبل الانفجار مباشرة ، والذي ينتج بعد ذلك انبعاث أشعة سينية ساطعة عندما اصطدمت المادة بموجة الصدمة المستعر الأعظم. حقوق الصورة: آرون إم جيلر ، جامعة نورث وسترن

تم إنشاء معظم الكالسيوم في الكون & # 8212 بما في ذلك الكالسيوم في أسناننا وعظامنا & # 8212 في اللحظات الأخيرة للنجوم المحتضرة.

تسمى هذه الانفجارات النجمية & # 8220 غنية بالكالسيوم ، & # 8221 ، وهي نادرة جدًا لدرجة أن علماء الفيزياء الفلكية كافحوا للعثور عليها ودراستها لاحقًا. وبالتالي ، فإن طبيعة هذه المستعرات الأعظمية وآليتها في تكوين الكالسيوم ظلت بعيدة المنال.

الآن اكتشف فريق بقيادة جامعة نورث وسترن الطبيعة الحقيقية لهذه الأحداث الغامضة النادرة. لأول مرة على الإطلاق ، فحص الباحثون مستعر أعظم غني بالكالسيوم مع التصوير بالأشعة السينية ، والذي قدم لمحة غير مسبوقة عن النجم خلال الشهر الأخير من حياته وانفجاره النهائي.


أرنا صخور القمر

الشكل 2. القيم المتوقعة لعامل التوزيع لعينات القمر. اللوحة اليسرى مخصصة للمواد القادمة من خط عرض 20 درجة جنوبيًا (بالنسبة لمحور دوران القمر) ، باتجاه اتحاد Sco-Cen. اللوحة اليمنى مخصصة للمواد التي تصل إلى خط عرض 65 درجة جنوبًا ، بما يتوافق مع منطقة Tuc-Hor (وهي المنطقة التي توقعها المؤلفون لأصل المستعر الأعظم رقم 8217). تمثل الدوائر الصفراء مشاهد هبوط بعثات أبولو التي حصلت على عينات من القمر. الشكل 2 من ورقة اليوم & # 8217s.

يحدث أن يكون مثل هذا المكان على بعد 239000 ميل فقط! لم يكن الحديد -60 المترسب في الثرى القمري بواسطة مثل هذا المستعر الأعظم قد عانى من التأثيرات الناجمة عن الغلاف الجوي أو المحيط ، مما يعني أن مسارها الأولي سيتم الحفاظ عليه في حدود درجة واحدة تقريبًا (تم العثور على هذه الدرجة الأولى على أنها الانحراف التقريبي بسبب ما بين الكواكب تأثيرات). إذا كانت لديك ذاكرة جيدة حقًا ، فقد تتذكر أننا ذهبنا إلى القمر منذ أكثر من 43 عامًا وأعدنا أكثر من 800 رطل من عينات القمر! على الرغم من أن هبوط أبولو كان على خطوط عرض قمرية مماثلة (الشكل 2) ، فإن مقارنة محتوى الحديد -60 في هذه العينات يمكن أن يقيد بشكل أفضل موقع المستعر الأعظم في السماء ، ويتوقع المؤلفون أن هذه العينات ستكشف عن اختلافات واضحة في وفرة الحديد -60 في مواقع قمرية مختلفة. يمكن أن يساعد جمع المزيد من العينات القمرية من خطوط العرض والفترات الزمنية المختلفة في تحديد المزيد من المستعرات الأعظمية القريبة التي انفجرت في الماضي ، على الرغم من أننا حتى ذلك الحين كنا عالقين مع انزعاج المحيطات والغلاف الجوي.


تقول الدراسة إن النجوم المتفجرة خلقت الكالسيوم في عظامنا وأسناننا

تشير دراسة جديدة إلى أن الكالسيوم الموجود في عظامنا وأسناننا جاء على الأرجح من انفجار النجوم في مستعرات أعظم وتشتت هذا المعدن في جميع أنحاء الكون بكميات هائلة.

نحن حقًا مصنوعون من مواد النجوم ، كما قال عالم الفلك الشهير كارل ساجان ذات مرة.

في الواقع ، من المحتمل أن نصف الكالسيوم في الكون جاء من المستعرات الأعظمية الغنية بالكالسيوم. لكن تبين أن هذه الانفجارات كانت أحداثًا نادرة بشكل لا يصدق ، وقد واجه العلماء صعوبة في مراقبتها وتحليلها ، لذلك لم يكونوا متأكدين من كيفية تكوين الكالسيوم.

من المعروف أيضًا أن انفجارات واندماجات النجوم تخلق عناصر ثقيلة أخرى ، مثل الذهب والبلاتين. لكن الكالسيوم قدم لغزًا أكثر.

تغير ذلك عندما تعاون فريق عالمي من حوالي 70 عالمًا من جميع أنحاء العالم بعد تلقي نصيحة من عالم فلك هاوٍ. ونشرت الدراسة الأربعاء في مجلة الفيزياء الفلكية.

في أبريل 2019 ، لاحظ جويل شيبرد انفجارًا لامعًا عندما لاحظ المجرة الحلزونية المسماة Messier 100 ، والتي تبعد 55 مليون سنة ضوئية من خلال تلسكوبه. كما أنه تجسس على نقطة كانت برتقالية زاهية. شارك شيبرد ملاحظته مع مجتمع علم الفلك من خلال مسح.

انتشر الخبر كالنار في الهشيم بين المجتمع والتلسكوبات من جميع أنحاء العالم كانت تستهدف المجرة وشذوذها. تم تسمية الحدث SN2019ehk.

ناسا و # 8217s يدوران حول مرصد نيل جيريلز سويفت ومرصد ليك في كاليفورنيا و W.M. مرصد كيك في هاواي ، والذي يمكن للباحثين في جامعة نورث وسترن الوصول إليه عن بُعد ، تحولوا جميعًا نحو الوضع الشاذ.

طلبوا من كيك مراقبة الحدث في الضوء البصري ، بينما استخدم دايتشي هيراماتسو ، طالب الدراسات العليا بجامعة كاليفورنيا سانتا باربرا ، مرصد سويفت لمراقبته في الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية.

حدثت ملاحظات المتابعة هذه بعد حوالي 10 ساعات من اكتشاف المستعر الأعظم ، وظهرت انبعاثات الأشعة السينية من الانفجار لمدة خمسة أيام فقط قبل أن تختفي عن الأنظار.

& # 8220 مراقبة المستعرات الأعظمية في غضون ساعات من الانفجار هي الشيء الجديد & # 8216it & # 8217 في مجالنا الآن ، & # 8221 قال وين جاكوبسون-جالان ، مؤلف الدراسة ، طالب دراسات عليا في السنة الأولى من جامعة نورث وسترن وزميل أبحاث للخريجين في مؤسسة العلوم الوطنية ، عبر البريد الإلكتروني.

& # 8220 كما كشف هذا المستعر الأعظم بالتحديد ، عندما تكتشف شيئًا في سن صغيرة جدًا ، يمكنك الآن الوصول إلى اللحظات الأخيرة من حياة النجم # 8217 قبل الانفجار. & # 8221

المستعر الأعظم الغني بالكالسيوم

في الواقع ، لاحظ العلماء وجود مستعر أعظم غني بالكالسيوم. كشفت الأشعة السينية عن معلومات جديدة مثيرة للاهتمام حول الانفجار والنجم نفسه قبل انفجاره.

& # 8220 قال جاكوبسون-جالان إن النجوم المسؤولة عن المستعرات الأعظمية الغنية بالكالسيوم تزيل طبقات من المواد في الأشهر الأخيرة قبل الانفجار. & # 8220 الأشعة السينية هي نتيجة الانفجار الاصطدام بعنف مع هذه المادة المقذوفة وتحفيز انفجار لامع من الفوتونات عالية الطاقة. & # 8221

قال الباحثون إن الحرارة والضغط الناجمين عن الانفجار يدفعان في الواقع التفاعل الكيميائي الذي ينتج الكالسيوم.

عادة ، يتم إنتاج كمية صغيرة فقط من الكالسيوم بواسطة كل نجمة لأنها تحترق من خلال إمدادها بالهيليوم. ومع ذلك ، عندما يحدث مستعر أعظم غني بالكالسيوم ، يتم تكوين كميات هائلة من الكالسيوم وإطلاقها في غضون ثوانٍ.

& # 8220 الانفجار يحاول أن يبرد ، & # 8221 قالت رافاييلا مارغوتي ، مؤلفة الدراسة الأولى والأستاذ المساعد للفيزياء وعلم الفلك في Northwestern & # 8217s Weinberg College للفنون والعلوم. & # 8220 يريد التخلي عن طاقته ، وانبعاثات الكالسيوم وسيلة فعالة للقيام بذلك. & # 8221

قال جاكوبسون-جالان إن هذا يحدث لأن الكرة الساخنة من المادة الناتجة عن الانفجار تحاول الوصول إلى توازن مع بيئتها.

& # 8220 المستعرات الأعظمية الغنية بالكالسيوم تنتج ما يكفي من الكالسيوم الإضافي في الانفجار لتوفير وسيلة فعالة لإصدار الفوتونات التي بدورها تطلق الحرارة ، & # 8221 قال. & # 8220 الطبيعة تختار الطريق الأقل مقاومة والكالسيوم يوفر هذا المسار عندما يكون ما يكفي منه موجودًا في سوبرنوفا. & # 8221

وقال الباحثون إن SN 2019ehk أطلق أكبر كمية من الكالسيوم لوحظت في حدث واحد.

& # 8220 لم يكن & # 8217t فقط غنيًا بالكالسيوم ، & # 8221 قال مارغوتي. & # 8220 كان أغنى الأغنياء. & # 8221

رصد تلسكوب هابل الفضائي هذه المجرة على مدار الخمسة وعشرين عامًا الماضية ، لكنه لم يسجل النجم المعين الذي تسبب في هذا الانفجار الغني بالكالسيوم. من المحتمل أن يكون هذا & # 8217s لأنه كان خافتًا جدًا ، سواء كان قزمًا أبيض ، أو نواة انفجارية ميتة لنجم ، أو نجمًا منخفض الكتلة للغاية ، كما قال جاكوبسون-جالان.

& # 8220 بدون هذا الانفجار ، لن تعرف أن أي شيء كان موجودًا على الإطلاق ، & # 8221 أضاف Margutti. & # 8220 لم يتمكن حتى هابل من رؤيته. & # 8221

هذه الطبيعة الباهتة قد تكون صحيحة أيضًا بالنسبة للمستعرات الأعظمية الغنية بالكالسيوم أيضًا ، عند مقارنتها بمستعرات أعظم شائعة تحدث عندما تموت النجوم الضخمة.

& # 8220: هذا يجعل العثور على مستعرات أعظم جديدة غنية بالكالسيوم من الصعب رؤيتها لمسافات كبيرة من الأرض ، & # 8221 قال جاكوبسون-جالان. & # 8220 استطلاعات التلسكوب المستقبلية التي يمكنها مسح السماء كل ليلة ورؤية أبعد في الفضاء ستكتشف المزيد من هذه المستعرات الأعظمية. & # 8221

ويشمل ذلك مرصد فيرا روبين القادم.

وأشار إلى أن اكتشاف العلماء و # 8217 يشير إلى أن النجوم المسؤولة عن هذه الانفجارات يجب أن تمر بنوع من عدم الاستقرار ، مما يؤدي بعد ذلك إلى طرد الطبقات الخارجية للنجم قبل الانفجار مباشرة.

يعمل الباحثون على دراسة متابعة تتضمن كيفية تطور المستعر الأعظم بعد الانفجار.

كما أنهم يعيدون تركيز بحثهم ليشمل انبعاثات الأشعة السينية من المستعرات الأعظمية الغنية بالكالسيوم ، والتي كانت غير متوقعة تمامًا حتى هذه الملاحظة.

& # 8220 نحن نصمم استراتيجيات مراقبة من شأنها أن تسمح لنا بالعثور على مستعر أعظم عندما يكونون صغارًا جدًا (وباهتًا) وإعادة تعيين المركبة الفضائية للأشعة السينية على الفور لالتقاط انبعاث الأشعة السينية الساطعة ولكن قصيرة العمر ، & # 8221 قال مارغوتي.


الملخص

نقدم ملاحظات ونمذجة SN 2016hnk ، وهو مستعر أعظم غني بالكالسيوم (SN) والذي يتوافق مع كونه نتيجة انفجار مزدوج من نوع He-shell لقزم أبيض C / O. وجدنا أن SN 2016hnk أحمر جوهريًا بالنسبة إلى SNe النووي الحراري النموذجي وله سطوع منخفض نسبيًا (M B = -15.4 mag) ، مما يجعله بعيدًا عن الإضاءة المنخفضة SNe Ia. يحتوي SN 2016hnk على منحنى ضوئي سريع الارتفاع يتوافق مع عوامل عابرة أخرى غنية بالكالسيوم (t r = 15 يومًا). لقد قررنا أن SN 2016hnk أنتجت 0.03 ± 0.01 M o˙ من 56Ni و 0.9 ± 0.3 M o˙ من القذف. تُظهر أطياف الغلاف الضوئي امتصاصًا قويًا وعالي السرعة للكالسيوم 2 وغطاء خط كبير عند λ & lt 5000 Å ، مما يجعلها مميزة عن SNe النموذجي (SNe 2005E-like) Ca-rich. يشبه SN 2016hnk بشكل ملحوظ SN 2018byg ، والذي تم تصميمه على أنه انفجار مزدوج التفجير He-shell. لقد أثبتنا أن منحنيات الأطياف والضوء لـ SN 2016hnk تم تصميمها بشكل جيد عن طريق تفجير قذيفة هيليوم 0.02 M⊙ على سطح قزم أبيض 0.85 M⊙ C / O. يسلط هذا التحليل الضوء على الحالة الثانية التي تمت ملاحظتها للانفجار المزدوج للقذيفة He ويقترح حدوث انفجار نووي حراري معين يختلف فيزيائيًا عن SNe والذي يتم تحديده ببساطة من خلال لمعانها المنخفض وانبعاثها القوي [Ca ii].


فحص سوبر نوفا غني بالكالسيوم بالأشعة السينية لأول مرة

تفسير الفنان للمستعر الأعظم الغني بالكالسيوم 2019ehk. يظهر باللون البرتقالي المادة الغنية بالكالسيوم التي نتجت عن الانفجار. يمثل اللون الأرجواني الغاز الذي دفعه النجم قبل الانفجار مباشرة ، والذي ينتج بعد ذلك انبعاث أشعة سينية ساطعة عندما اصطدمت المادة بموجة الصدمة المستعر الأعظم. الائتمان: آرون إم جيلر / جامعة نورث وسترن

تم تكوين نصف كل الكالسيوم في الكون - بما في ذلك الكالسيوم الموجود في أسناننا وعظامنا - في اللحظات الأخيرة للنجوم المحتضرة.

تسمى هذه الانفجارات النجمية "المستعرات الأعظمية الغنية بالكالسيوم" ، وهي نادرة جدًا لدرجة أن علماء الفيزياء الفلكية كافحوا للعثور عليها ودراستها لاحقًا. وبالتالي ، فإن طبيعة هذه المستعرات الأعظمية وآليتها في تكوين الكالسيوم ظلت بعيدة المنال.

الآن اكتشف فريق بقيادة جامعة نورث وسترن الطبيعة الحقيقية لهذه الأحداث الغامضة النادرة. لأول مرة على الإطلاق ، فحص الباحثون مستعر أعظم غني بالكالسيوم مع التصوير بالأشعة السينية ، والذي قدم لمحة غير مسبوقة عن النجم خلال الشهر الأخير من حياته وانفجاره النهائي.

كشفت النتائج الجديدة أن المستعر الأعظم الغني بالكالسيوم هو نجم مضغوط يفرز طبقة خارجية من الغاز خلال المراحل الأخيرة من حياته. عندما ينفجر النجم ، تتصادم مادته مع المادة السائبة في تلك الغلاف الخارجي ، وينبعث منها أشعة سينية ساطعة. يتسبب الانفجار الشامل في درجات حرارة شديدة الارتفاع وضغط مرتفع ، مما يؤدي إلى تفاعل كيميائي ينتج الكالسيوم.

قال وين جاكوبسون جالان ، وهو طالب دراسات عليا في السنة الأولى من جامعة نورث وسترن قاد الدراسة: "هذه الأحداث قليلة العدد لدرجة أننا لم نعرف أبدًا سبب إنتاج المستعر الأعظم الغني بالكالسيوم". "من خلال مراقبة ما فعله هذا النجم في شهره الأخير قبل أن يصل إلى نهايته الحرجة والصاخبة ، ألقينا نظرة على مكان لم يتم استكشافه سابقًا ، وفتحنا آفاقًا جديدة للدراسة ضمن العلوم العابرة."

وقالت رافايلا مارغوتي من نورث وسترن ، وهي مؤلفة رئيسية للدراسة: "قبل هذا الحدث ، كانت لدينا معلومات غير مباشرة حول ما قد يكون أو لا يكون المستعرات الأعظمية الغنية بالكالسيوم". "الآن ، يمكننا بثقة استبعاد عدة احتمالات."

سيتم نشر البحث في 5 أغسطس في مجلة الفيزياء الفلكية. ساهم ما يقرب من 70 مؤلفًا مشاركًا من أكثر من 15 دولة في الورقة.

مارغوتي أستاذ مساعد للفيزياء وعلم الفلك في كلية واينبرغ للفنون والعلوم في نورث وسترن وعضو في CIERA (مركز الاستكشاف والبحث متعدد التخصصات في الفيزياء الفلكية). جاكوبسون-جالان هو زميل أبحاث الخريجين التابع لمؤسسة العلوم الوطنية في مجموعة مارغوتي البحثية العابرة.

صورة تلسكوب هابل الفضائي لـ SN 2019ehk في مجرة ​​مضيفة حلزونية ، Messier 100. الصورة مركبة من صور ما قبل الانفجار وبعده. الائتمان: CTIO / SOAR / NOIRLab / NSF / AURA / جامعة نورث وسترن / C. كيلباتريك / تلسكوب هابل الفضائي التابع لجامعة كاليفورنيا سانتا كروز / ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية

`` انطلق تعاون عالمي "

اكتشف عالم الفلك الهواة جويل شيبرد لأول مرة الانفجار اللامع ، الذي أطلق عليه اسم SN2019ehk ، أثناء تأمله النجوم في سياتل. في 28 أبريل 2019 ، استخدم شيبرد تلسكوبه الجديد لمشاهدة Messier 100 (M100) ، وهي مجرة ​​حلزونية تقع على بعد 55 مليون سنة ضوئية من الأرض. في اليوم التالي ، ظهرت نقطة برتقالية زاهية في الإطار. أبلغ شيبرد عن الحالة الشاذة لمسح فلكي مجتمعي.

وقالت جاكوبسون جالان: "بمجرد أن علم العالم بوجود مستعر أعظم محتمل في M100 ، بدأ تعاون عالمي". "استدارت كل دولة لديها تلسكوب بارز للنظر إلى هذا الشيء."

وشمل ذلك المراصد الرائدة في الولايات المتحدة مثل Swift Satellite التابع لناسا ، W.M. مرصد كيك في هاواي ومرصد ليك في كاليفورنيا. كان فريق Northwestern ، الذي يتمتع بإمكانية الوصول عن بُعد إلى Keck ، أحد الفرق العديدة في جميع أنحاء العالم التي أطلقت تلسكوباتها لفحص SN2019ehk في الأطوال الموجية الضوئية. كان طالب الدراسات العليا بجامعة كاليفورنيا سانتا باربرا دايتشي هيراماتسو أول من دفع Swift لدراسة SN2019ehk في الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية. هيراماتسو هو أيضًا عالم في مرصد لاس كومبريس ، الذي لعب دورًا مهمًا في مراقبة التطور طويل المدى لهذا المستعر الأعظم من خلال شبكة التلسكوب العالمية.

تحركت عملية المتابعة في جميع أنحاء العالم بسرعة كبيرة بحيث تمت ملاحظة المستعر الأعظم بعد 10 ساعات فقط من الانفجار. استمر انبعاث الأشعة السينية الذي تم اكتشافه باستخدام Swift لمدة خمسة أيام فقط ثم اختفى تمامًا.

قال مارغوتي: "في عالم العابرين ، علينا أن نكتشف الأشياء بسرعة كبيرة جدًا قبل أن تتلاشى". "في البداية ، لم يكن أحد يبحث عن الأشعة السينية. لاحظ دايتشي شيئًا ما ونبهنا إلى المظهر الغريب لما يشبه الأشعة السينية. نظرنا إلى الصور وأدركنا وجود شيء ما. كان أكثر إشراقًا بكثير مما يمكن أن يكون لدى أي شخص لم يخطر ببال أحد. لم تكن هناك نظريات موجودة مسبقًا توقعت أن تكون المراحل العابرة الغنية بالكالسيوم مضيئة جدًا في أطوال موجات الأشعة السينية. "

أغنى الأغنياء

في حين أن كل الكالسيوم يأتي من النجوم ، فإن المستعرات الأعظمية الغنية بالكالسيوم تحتوي على أقوى لكمة. تنتج النجوم النموذجية كميات صغيرة من الكالسيوم ببطء من خلال حرق الهيليوم طوال حياتها. من ناحية أخرى ، تنتج المستعرات الأعظمية الغنية بالكالسيوم كميات هائلة من الكالسيوم في غضون ثوانٍ.

وأوضح مارغوتي أن "الانفجار يحاول أن يبرد". "تريد التخلي عن طاقتها ، وانبعاث الكالسيوم هو وسيلة فعالة للقيام بذلك."

باستخدام Keck ، اكتشف فريق Northwestern أن SN 2019ehk ينبعث أكبر قدر من الكالسيوم الذي تم رصده على الإطلاق في حدث فيزيائي فلكي فريد.

قال مارغوتي: "لم تكن فقط غنية بالكالسيوم". "كان من أغنى الأغنياء".

روى لمعان SN2019ehk القصير قصة أخرى عن طبيعته. يعتقد باحثو نورث وسترن أن النجم ألقى طبقة خارجية من الغاز في أيامه الأخيرة. عندما انفجر النجم ، اصطدمت مادته بهذه الطبقة الخارجية لتنتج دفقة ساطعة وحيوية من الأشعة السينية.

قال جاكوبسون جالان: "يخبرنا اللمعان عن مقدار المواد التي ألقى بها النجم ومدى قرب هذه المادة من النجم". "في هذه الحالة ، فقد النجم كمية صغيرة جدًا من المواد قبل أن ينفجر مباشرة. كانت تلك المادة لا تزال قريبة."

على الرغم من أن تلسكوب هابل الفضائي كان يراقب M100 على مدار الخمسة وعشرين عامًا الماضية ، إلا أن الجهاز القوي لم يسجل أبدًا النجم - الذي كان يختبر تطوره النهائي - المسؤول عن SN2019ehk. استخدم الباحثون صور هابل لفحص موقع المستعر الأعظم قبل حدوث الانفجار ، ويقولون إن هذا دليل آخر على الطبيعة الحقيقية للنجم.

وقال جاكوبسون جالان: "من المحتمل أن يكون قزمًا أبيض أو نجمًا ذا كتلة منخفضة جدًا". "كلاهما سيكون باهتًا للغاية."

وأضاف مارغوتي "بدون هذا الانفجار ، لن تعرف أن أي شيء كان هناك على الإطلاق". "لم يستطع حتى هابل رؤيته."


دليل ميداني لأطياف المستعر الأعظم

بقلم: ليف ج.روبنسون 21 يوليو 2006 0

احصل على مقالات مثل هذه المرسلة إلى صندوق الوارد الخاص بك

تتميز أنواع المستعرات الأعظمية بمنحنياتها الكيميائية والضوء.

مصدر توضيح العلوم والتكنولوجيا: موسوعة علم الفلك والفيزياء الفلكية (1994).

"إحياء مطياف الهواة" ، يمكن لمعدات الهواة المتواضعة الوصول إلى أطياف منخفضة الدقة لأجسام باهتة مثل حجم 13 أو ما يقرب من ذلك. (يجب أن ينتج عن بعض التعريضات المتراكبة لمدة 20 دقيقة باستخدام تلسكوب 12 بوصة أو نحو ذلك صورة مناسبة.) ولكن كيف ستبدو أطياف المستعرات الأعظمية & # 8212 خاصة بعد وقت قصير من بدء الانفجار & # 8212 كما تم التقاطها بواسطة تلسكوبات صغيرة ومنخفضة الدقة الطيفية؟

هذا هو دليل المجال الخاص بك. لتحضيره ، بدأنا بأطياف عالية الدقة ومعايرة قدمها Alexei Filippenko (جامعة كاليفورنيا ، بيركلي). بعد ذلك ، لمحاكاة نتائج Gavin CCD ، قمنا بتدهور الأطياف إلى دقة 50 أنجستروم لكل بكسل. أخيرًا ، وبنتائج مثيرة ، قمنا بتغيير الكثافة على طول كل طيف لتعكس الاختلافات في الحساسية غير المصفاة لرقائق CCD الشائعة & # 8212 KAF-0400 من Kodak و ICX055BL من Sony. وهكذا ، ما تراه هنا هو ما ستحصل عليه! (سيسجل المصورون الفلكيون الذين يستخدمون المستحلبات الشاملة الأطياف التي تشبه إلى حد كبير النسخ الأصلية.)

فيما يلي مجموعة من أطياف المستعرات الأعظمية المختلفة لرؤية جميع مجموعات الأطياف الخمس ، انقر هنا. الأوصاف التالية مأخوذة إلى حد كبير من الملاحظات التي قدمها Filippenko. يجب أن نضع في اعتبارنا أن أسلاف المستعرات الأعظمية من النوع الثاني غير متجانسة ، لذا فليس من المستغرب أن تكون أطيافها غير متجانسة أيضًا.

تُصوَّر هذه الأمثلة على أطياف المستعر الأعظم على أنها تتبع شدة وكصور CCD محاكية ، حيث تشير النقاط السوداء إلى السمات البارزة المحددة في الطيف & # 039Original & # 039.


أدى انفجار سوبر نوفا النادر التابع للنجم الثنائي إلى تلويث صديقه النجمي بالكالسيوم

اكتشف علماء الفلك نجمًا نادرًا مليئًا بالكالسيوم يمكن أن يعلمنا المزيد عن الانفجارات النجمية المسماة بالمستعرات الأعظمية.

إنها قصة حب وموت ، مع نجمين يدوران حول نفس النقطة - نظام نجمي ثنائي - حتى ينفجر النجم الأكبر يومًا ما ويغمر رفيقه بالمواد. وجدت دراسة في مجلة Nature Astronomy أن العلماء اكتشفوا نجمًا في بقايا المستعر الأعظم يضاهي حجم شمسنا ، لكن غلافه الجوي "ملوث بشدة بالكالسيوم وعناصر أخرى" بحيث يكون تركيزه أكبر بعدة مرات من الشمس. قد يعني هذا أن المستعر الأعظم هو جزء من "فئة من المستعرات الأعظمية الغنية بالكالسيوم ... والتي نوقش أصلها بشدة."

هذه المستعرات الأعظمية نادرة ، لذا فإن اكتشاف آخر يمكن أن يساعد العلماء على فهم كيفية عملها.

أوضحت جامعة Lomonosov Moscow State ، التي كان عالم الفيزياء الفلكية يقود البحث فيها ، أنه يوجد في بقايا المستعر الأعظم نجم نيوتروني ، والذي سيكون ما تبقى من العملاق المنفجر ، والذي يمكن اكتشافه من الأشعة السينية. ولكن هناك أيضًا نجمًا شبيهًا بالشمس يمكن رؤيته في الأطوال الموجية الضوئية - تلك التي تشمل الأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء.

اكتشف علماء الفيزياء الفلكية نظام نجمي ثنائي ملوث بالكالسيوم في قلب بقايا مستعر أعظم. الصورة: فاسيلي جفارامادزي

المستعر الأعظم هو أكبر انفجار محتمل في الفضاء الخارجي ويحدث عندما يكتسب النجم كتلة كبيرة جدًا. يمكن أن يحدث هذا لأنه نجم قديم أو ، في حالة بعض النجوم الثنائية ، لأنه استهلك رفيقه.

أوضح عالم الفيزياء الفلكية Neil deGrasse Tyson: "سيبدو جميلًا عن قرب ، حتى تبخرك كثافة الطاقة". "أحد أعظم الأحداث في الكون. ... ربما يحدث مرة واحدة فقط كل قرن لكل مجرة ​​".

إذا كنت تتطلع إلى الحصول على مقعد في الصف الأمامي لواحد ، فأنت محظوظ - قالت وكالة ناسا إن الشمس ليست كبيرة بما يكفي للتسبب في انفجار مستعر أعظم بمجرد أن يكون جاهزًا للموت.

قال فاسيلي جفارامادزه ، العالم الرئيسي من جامعة لومونوسوف موسكو الحكومية ، إن فريقه سيواصل دراسة النظام الثنائي الجديد على أمل فهم كيفية دوران النجوم ، وكيف كان شكل النجم النيوتروني قبل انفجاره ومستويات العناصر الأخرى في الشمس. مثل جو النجم.

في السابق ، كان العلماء يعتقدون عمومًا أن المستعرات الأعظمية الغنية بالكالسيوم تكونت من النجوم القديمة التي استهلكت كل وقودها عندما يحدث "انفجار" في غلاف من الهيليوم حول النجم ، على حد قول الجامعة. لكن النتائج الجديدة "تشير ضمنًا إلى أنه في ظل ظروف معينة يمكن أيضًا تصنيع كمية كبيرة من الكالسيوم عن طريق انفجار النجوم الضخمة في الأنظمة الثنائية."

يمنحنا التعرف على انفجارات الفضاء هذه أدلة حول كيفية عمل كوننا. وقالت ناسا: "أظهر أحد أنواع المستعرات الأعظمية للعلماء أننا نعيش في كون متوسع ، عالم ينمو بمعدل متزايد باستمرار". لقد قرر العلماء أيضًا أن المستعرات الأعظمية تلعب دورًا رئيسيًا في توزيع العناصر في جميع أنحاء الكون. عندما ينفجر النجم ، فإنه يطلق العناصر والحطام في الفضاء. العديد من العناصر التي نجدها هنا على الأرض مصنوعة في لب النجوم. تنتقل هذه العناصر لتشكل نجومًا وكواكبًا جديدة وكل شيء آخر في الكون ".


نوع جديد محتمل من المستعرات الأعظمية يضع الكالسيوم في عظامك

كامويلا ، هاي - تشير البيانات الجديدة من عدة تلسكوبات ، بما في ذلك مرصد دبليو إم كيك ، إلى أن علماء الفلك ربما يكونون قد حددوا نوعًا جديدًا من المستعرات الأعظمية. يُعتقد أن الموت النجمي قد نشأ في نجم كان قزمًا أبيض منخفض الكتلة يتراكم الهيليوم من نجم مرافق. عندما انفجر القزم الأبيض ، كان حوالي نصف الكتلة المقذوفة من المستعر الأعظم على شكل كالسيوم. تشير النتائج إلى أن انفجار نجمين عظميين مثل هذا الانفجار كل 100 عام سينتجان وفرة عالية من الكالسيوم الذي لوحظ في مجرات مثل مجرة ​​درب التبانة ، والكالسيوم الموجود في الحياة على الأرض.

تم اكتشاف المستعر الأعظم ، SN 2005E ، قبل خمس سنوات من قبل جامعة كاليفورنيا ، تلسكوب كاتزمان للتصوير الآلي في بيركلي (KAIT) ، وهو واحد من ثمانية فقط "مستعرات أعظم غني بالكالسيوم" والتي تبدو متميزة عن الفئتين الرئيسيتين من المستعرات الأعظمية: المستعرات الأعظمية من النوع Ia ، التي يُعتقد أنها نجوم قزمة بيضاء قديمة تتجمع المواد من رفيق حتى تتعرض لانفجار نووي حراري يفجرها تمامًا ، ويُعتقد أن المستعرات الأعظمية من النوع الأول / ج أو المستعرات الأعظمية من النوع الثاني ، حارة وضخمة وقصيرة - النجوم الحية التي تنفجر وتترك ثقوبًا سوداء أو نجومًا نيوترونية.

في العقد الماضي ، وجهت التلسكوبات الروبوتية انتباه علماء الفلك إلى مجموعات من النجوم المتفجرة الغريبة ، وهي حالات لمرة واحدة قد تشير أو لا تشير إلى فيزياء جديدة وغير عادية. قال أليكس فيليبينكو ، مدير KAIT: "مع الأعداد الهائلة من المستعرات الأعظمية التي نكتشفها ، نكتشف أنواعًا غريبة قد تمثل آليات فيزيائية مختلفة مقارنة بالنوعين المعروفين جيدًا ، أو قد تكون مجرد اختلافات في السمات القياسية". وأستاذ علم الفلك بجامعة كاليفورنيا في بيركلي. "لكن SN 2005E كان نوعًا مختلفًا من" الانفجار ". قد يكون هو والمستعرات الأعظمية الأخرى الغنية بالكالسيوم ترتيبًا فرعيًا حقيقيًا ، وليس مجرد واحد من نوعه."

Filippenko هو مؤلف مشارك لورقة بحثية ظهرت في عدد 20 مايو من المجلة طبيعة وصف SN 2005E وتقديم دليل على أن النجم الأصلي كان قزمًا أبيض منخفض الكتلة يسرق الهيليوم من رفيق ثنائي حتى أشعلت درجة الحرارة والضغط انفجارًا نوويًا حراريًا - قنبلة اندماجية ضخمة - فجرت على الأقل الطبقات الخارجية للنجم و ربما فجرت النجم بأكمله إلى قطع صغيرة. كان فريق علماء الفلك بقيادة هاجاي بيريتس ، الموجود الآن في مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية ، وأفيشاي جال يام من معهد وايزمان للعلوم في رحوفوت بإسرائيل.

في نوفمبر 2009 ، فيليبينكو وزميل ما بعد الدكتوراه السابق في جامعة كاليفورنيا في بيركلي دوفي بوزنانسكي ، يعمل حاليًا في مختبر لورانس بيركلي الوطني ومؤلفًا مشاركًا في طبيعة ورقة ، أبلغوا عن مستعر أعظم آخر ، SN 2002bj ، أنهم يعتقدون أنه ينفجر بآلية مماثلة: اشتعال طبقة الهيليوم على قزم أبيض.

قال فيليبينكو: "يمكن القول إن SN 2002bj يشبه SN 2005E ، لكن لديه بعض الاختلافات الملاحظة الواضحة أيضًا". “It was likely a white dwarf accreting helium from a companion star, though the details of the explosion seem to have been different because the spectra and light curves differ.” Astronomers have so far found only one example of this supernova.

Filippenko and UC Berkeley research astronomer Weidong Li first reported an unusual calcium-rich supernova in 2003, and since then, KAIT has discovered several more, including SN 2005E on Jan. 13, 2005. Because these supernovae, like Type Ib, show evidence for helium in their spectra shortly after they explode, and because in the later stages they show strong calcium emission lines, the UC Berkeley astronomers were the first to refer to them as “calcium-rich Type Ib supernovae.”

It was SN 2005E, which went off about 110 million years ago in the spiral galaxy NGC 1032 in the constellation Cetus, that initially drew the attention of Perets, Gal-Yam and their colleagues. Using data provided by Filippenko and Li, and taken by the W. M. Keck Observatory in Hawaii, the Palomar Observatory in California and the Liverpool Observatory in the United Kingdom, they created a detailed picture of the explosion. The small amount of mass ejected in the explosion, estimated at 30 percent the mass of the Sun, and the fact that the galaxy in which the explosion occurred was old with few hot, giant stars, led them to the conclusion that a low-mass white dwarf was involved.

The newly discovered supernova threw off unusually high levels of the elements calcium and radioactive titanium, which are the products of a nuclear reaction involving helium rather than carbon and oxygen that are involved in Type Ia supernovae.

“We know that SN 2005E came from the explosion of an old, low-mass star because of its specific location in the outskirts of a galaxy devoid of recent star formation,” Filippenko said. “And the presence of so much calcium in the ejected gases tells us that helium must have exploded in a nuclear runaway.”

The paper’s authors note that, if these eight calcium-rich supernovae are the first examples of a common, new type of supernovae, they could explain two puzzling observations: the abundance of calcium in galaxies and in life on Earth, and the concentration of positrons – the anti-matter counterpart of the electron – in the center of galaxies. The latter could be the result of the decay of radioactive titanium-44, produced abundantly in this type of supernova, to scandium-44 and a positron, prior to scandium’s decay to calcium-44. The most popular explanation for this positron presence is the decay of putative dark matter at the core of galaxies.

“Dark matter may or may not exist,” says Gal-Yam, “but these positrons are perhaps just as easily accounted for by the third type of supernova.”

Filippenko and Li hope that KAIT and other robotic telescopes scanning distant galaxies every night in search of new supernovae will turn up more examples of calcium-rich or even stranger supernovae, which can then be observed with larger telescopes such as Keck.

“The research field of supernovae is exploding right now, if you’ll pardon the pun,” Filippenko said. “Many supernovae with peculiar new properties have been found, pointing to a greater richness in the physical mechanisms by which nature chooses to explode stars.”


شاهد الفيديو: قمر صناعي يصور نجما يهوي في قلب ثقب أسود (شهر اكتوبر 2021).