Космический телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил сверхновую которая взорвалась когда Вселенной было около двух миллиардов лет
Астрономы с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» обнаружили одну из самых далёких сверхновых, существование которой удалось подтвердить. Объект получил обозначение SN 2023aeaf и находится на красном смещении z = 3,195. Его свет путешествовал до Земли примерно 11,7 миллиарда лет, поэтому астрономы наблюдают эту вспышку такой, какой она была в эпоху, когда Вселенной было около двух миллиардов лет.
Массивные звёзды завершают свою жизнь взрывами сверхновых с коллапсом ядра. Такие события не только уничтожают исходную звезду, но и существенно изменяют окружающее её газовое облако, влияя на условия для рождения следующих поколений звёзд. Частота таких взрывов также позволяет косвенно оценивать темпы звездообразования в разные периоды истории Вселенной.
Большая часть сведений о механизмах подобных взрывов получена по относительно близким сверхновым в современной Вселенной. В ранней Вселенной содержание тяжёлых элементов было значительно ниже, поэтому оставался открытым вопрос, могли ли массивные звёзды там взрываться иначе. Проверить это можно только по очень далёким сверхновым, но такие объекты крайне тусклые и их сложно обнаружить.
Высокая чувствительность космического телескопа «Джеймс Уэбб» позволила значительно расширить число известных далёких сверхновых. В новом исследовании учёные изучили SN 2023aeaf, обнаруженную в рамках обзора COSMOS-Web. Спектроскопические наблюдения подтвердили красное смещение z = 3,195, соответствующее эпохе, когда возраст Вселенной составлял около двух миллиардов лет.
Исследователи под руководством Валерии Апарисио из Института астрономии Гавайского университета проанализировали изменение яркости объекта со временем, то есть его кривую блеска, а также изменение цвета. Эти данные сравнили с моделями различных типов сверхновых. Наиболее вероятной оказалась классификация SN 2023aeaf как сверхновой II типа — вероятность этого составила 97,2 процента.
Сверхновые II типа возникают после того, как массивная звезда исчерпывает запасы ядерного топлива. Её железное ядро больше не способно поддерживать звезду против собственной гравитации и начинает стремительно сжиматься, вызывая коллапс. При этом внешняя оболочка, богатая водородом, сохраняется, поэтому в спектре взрыва наблюдаются характерные линии водорода.
Учёные также исследовали спектр галактики, в которой находилась SN 2023aeaf. Она оказалась молодой карликовой галактикой с активным звездообразованием и относительно низким содержанием тяжёлых элементов. Такая среда соответствует условиям, которые ожидаются для взрывов массивных звёзд в химически молодой Вселенной при красном смещении около 3.
Чтобы восстановить свойства взрыва, исследователи использовали специализированную программу моделирования STELLA. Расчёты показали, что на раннем этапе SN 2023aeaf была необычно горячей и имела голубоватый цвет. Лучше всего это объясняется взаимодействием ударной волны взрыва с компактной оболочкой газа, которую звезда сбросила незадолго до своей гибели.
По мере ослабления этого взаимодействия сверхновая остыла и перешла в характерную для сверхновых II типа «плато-фазу». На этом этапе её температура соответствовала значениям, известным по другим сверхновым такого класса.
Исследователи считают, что имеющиеся данные лучше всего согласуются с моделью, в которой звезда-предшественник имела массу примерно в 12 раз больше солнечной. Вокруг неё находилось около половины солнечной массы вещества, выброшенного звездой перед взрывом.
При этом точность такой оценки пока ограничена. Учёные располагали лишь несколькими наблюдениями, разделёнными во времени, поэтому определить свойства звезды-предшественника и параметры взрыва с высокой точностью пока невозможно.
SN 2023aeaf стала частью небольшой, но постепенно растущей выборки сверхновых, обнаруженных при красном смещении выше 3. Увеличение числа таких объектов позволит выяснить, насколько свойства взрывов массивных звёзд в ранней Вселенной отличались от происходящих сегодня.
Кроме того, статистика подобных сверхновых поможет точнее восстановить историю звездообразования во Вселенной. Частота взрывов массивных звёзд связана с количеством новых звёзд, которые формировались в разные космические эпохи, поэтому наблюдения далёких сверхновых могут стать независимым инструментом изучения эволюции Вселенной.
Исследование в журнале The Astrophysical Journal.