Lehdistötiedote

Puuttuva linkki on löydetty: supernovat synnyttävät mustia aukkoja tai neutronitähtiä

10. tammikuuta 2024, Turku

Tähtitieteilijät ovat löytäneet suoran yhteyden massiivisten tähtien räjähdysmäisen kuoleman ja maailmankaikkeuden tiheimpien ja arvoituksellisimpien kohteiden, eli mustien aukkojen ja neutronitähtien muodostumisen välillä. Kaksi tutkimusryhmää havaitsivat Euroopan eteläisen observatorion VLT-teleskoopin ja ESO:n New Technology Telescope, eli NTT:n avulla läheisen galaksin supernovaräjähdyksen jälkeistä vaihetta ja löysivät todisteita räjähdyksen jälkeensä jättämästä salaperäisestä kompaktista kohteesta.

Kun massiiviset tähdet saavuttavat elämänsä viimeiset vaiheet, ne romahtavat oman painovoimansa vaikutuksesta niin nopeasti, että seurauksena on voimakas räjähdys, jota kutsutaan supernovaksi. Tähtitieteilijät uskovat, että dramaattisen räjähdysvaiheen jälkeen tähdestää jää jäljelle erittäin tiheä ydin tai kompakti jäänne. Riippuen siitä, kuinka massiivinen tähti on, kompakti jäänne on joko neutronitähti tai musta aukko. Neutronitähti on niin tiheä kohde, että teelusikallinen sen ainetta painaisi maapallolla noin miljardi kiloa. Musta aukko on kohde, josta edes valo ei pääse pakenemaan.   

Tähtitieteilijät ovat aiemmin löytäneet useita todisteita tapahtumaketjun puolesta, kuten Rapusumun neutronitähden havaitseminen. Rapusumu on lähes tuhat vuotta sitten räjähtäneen tähden jäljelle jäänyt kaasupilvi. Tutkijat eivät kuitenkaan ole koskaan aiemmin nähneet tämän prosessin tapahtuvan reaaliajassa, joten suoraa näyttöä supernovan jättämästä kompaktista jäänteestä ei olla saatu. "Osoitamme tutkimuksessamme tällaisen suoran yhteyden olemassaolon", sanoi israelilaisen Weizmann-instituutin tutkija Ping Chen, joka on tänään Nature-lehdessä julkaistun tutkimuksen pääkirjoittaja. Tutkimus esiteltiin 243. American Astronomical Societyn kokouksessa New Orleansissa, Yhdysvalloissa.

Tutkijoiden tekemä löytö oli varsinainen onnenpotku ja se tehtiin toukokuussa 2022, kun eteläafrikkalainen harrastajatähtitieteilijä Berto Monard löysi supernova SN 2022jli:n 75 miljoonan valovuoden päässä sijaitsevan NGC 157 -galaksin spiraalihaarasta. Kaksi erillistä ryhmää tutki tämän räjähdyksen jälkimaininkeja ja havaitsi sen käyttäytyvän ainutlaatuisesti.

Räjähdyksen jälkeen supernovan kirkkaus yleensä yksinkertaisesti hiipuu ajan myötä ja tähtitieteilijät havaitsevat räjähdyksen "valokäyrän" tasaisen, asteittaisen laskun. SN 2022jli käyttäytyy kuitenkin hyvin erikoisesti. Kun sen kokonaiskirkkaus vähenee, se ei vähene tasaisesti, vaan vaihtelee ylös ja alas noin 12 päivän välein. "SN 2022jli:n havainnoissa näkyy toistuva kirkastumisen ja himmenemisen sarja", sanoi Thomas Moore, Pohjois-Irlannissa sijaitsevan Belfastin Queen's Universityn tohtorikoulutettava, joka johti viime vuoden lopulla Astrophysical Journal -lehdessä jukaistua supernovaa koskevaa tutkimusta. "Tämä on ensimmäinen kerta, kun supernovan valokäyrässä on havaittu toistuvia jaksottaisia muutoksia useiden syklien ajan", Moore totesi artikkelissaan. 

Sekä Mooren että Chenin tutkimusryhmät uskovat, että SN 2022jli-systeemin käyttäytyminen voidaan selittää, jos kohteessa on useampi kuin yksi tähti. Itse asiassa massiiviset tähdet ovat usein osana kaksoistähtijärjestelmää ja kiertävät toisiaan, eikä SN 2022jli ole tästä poikkeus. Merkillepantavaa tässä järjestelmässä on kuitenkin se, että seuralaistähti näyttää selvinneen kumppaninsa räjähdyksestä. Nämä kaksi kohdetta, eli kompakti jäänne ja seuralastähti, todennäköisesti yhä kiertävät toisiaan.

Mooren ryhmän keräämä havaintoaineisto, johon sisältyi Chilen Atacaman autiomaassa ESO:n NTT:llä tehtyjä havaintoja, ei mahdollistanut tarkkaa selvitystä siitä, miten kohteiden välinen vuorovaikutus aiheuttaa valokäyrän nousut ja laskut. Chenin ryhmä oli kuitenkin tehnyt lisähavaintoja. He havaitsivat järjestelmän kirkkaudessa samoja säännöllisiä vaihteluita kuin Mooren ryhmä oli havainnut, ja he havaitsivat kohteessä myös vetykaasun jaksollista liikettä ja gammasädepurkauksia. Chenin ryhmän havainnot olivat mahdollisia, koska he käyttivät maassa ja avaruudessa sijaitsevia instrumentteja, joihin myös Chilessä ESO:n VLT:ssä oleva X-shooter kuului.

Kun kaikki tieto yhdistetään, nämä kaksi ryhmää ovat yleisesti ottaen yhtä mieltä siitä, että kun seuralaistähti vuorovaikutti supernovaräjähdyksen aikana irronneen materian kanssa, sen vetypitoisesta ilmakehästä tuli tavallista suurempi. Kun räjähdyksen jälkeen jäljelle jäänyt kompaksi kohde kiersi kiertoradallaan seuralaisensa ilmakehän läpi, se varasti vetykaasua kumppaniltaan muodostaen ympärilleen kuuman ainekiekon. Tämä jaksollinen aineen kerääminen eli akkretoituminen tuotti paljon energiaa, joka havainnoissa näkyi säännöllisinä kirkkauden muutoksina.

Vaikka tutkimusryhmät eivät kyenneet havaitsemaan kompaktista kohteesta tulevaa valoa suoraan, he päättelivät, että tämä energiaa tuottava aineen varastaminen voi johtua vain näkymättömästä neutronitähdestä tai mahdollisesti mustasta aukosta, joka imee ainetta seuralaistähden laajentuneesta ilmakehästä. "Tutkimuksemme on kuin palapelin ratkaisemista, missä kaikki mahdolliset todisteet kerätään yhteen", Chen sanoi. "Huomioimalla nämä kaikki palaset saadaan totuus selville". 

Vaikka mustan aukon tai neutronitähden läsnäolo on nyt vahvistettu, tässä arvoituksellisessa kohteessa on vielä paljon tutkittavaa. Kompaktin kohteen tarkkaa luonnetta ei tunneta, eikä tiedetä mikä tämän kohteen kehityksen lopputulos voisi olla. Seuraavan sukupolven teleskoopit, kuten ESO:n Extremely Large Telescope, eli ELT-kaukoputki on tässä tärkeässä roolissa ja sen avulla tähtitieteilijät voivat paljastaa tästä ainutlaatuisesta järjestelmästä ennennäkemättömiä yksityiskohtia. ELT:n on tarkoitus aloittaa toimintansa myöhemmin tämän vuosikymmenen aikana.

Lisätietoa

Tässä esitelty tutkimus on julkaistu kahdessa erillisessä artikkelissa. P. Chenin johtaman tutkimusryhmä on julkaissut artikkelin nimeltään: “A 12.4 day periodicity in a close binary system after a supernova” Nature (doi: 10.1038/s41586-023-06787-x) julkaisusarjassa.

Tutkimuksessa mukana ovat olleet seuraavat tahot: P. Chen (Department of Particle Physics and Astrophysics, Weizmann Institute of Science, Israel [Weizmann Institute]), A. ​​Gal-Yam (Weizmann Institute), J. Sollerman (The Oskar Klein Centre, Department of Astronomy, Stockholm University, Ruotsi [OKC DoA]), S. Schulze (The Oskar Klein Centre, Department of Physics, Stockholm University, Ruotsi [OKC DoP]), R. S. Post (Post Observatory, Lexington, Yhdysvallat), C. Liu (Department of Physics and Astronomy, Northwestern University, Yhdysvallat [Northwestern]; Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics, Northwestern University, Yhdysvallat [CIERA]), E. O. Ofek (Weizmann Institute), K. K. Das (Cahill Center for Astrophysics, California Institute of Technology, USA [Cahill Center]), C. Fremling (Caltech Optical Observatories, California Institute of Technology, USA [COO]; Division of Physics, Mathematics and Astronomy, California Institute of Technology, Yhdysvallat [PMA]), A. Horesh (Racah Institute of Physics, The Hebrew University of Jerusalem, Israel), B. Katz (Weizmann Institute), D. Kushnir (Weizmann Institute), M. M. Kasliwal (Cahill Center), S. R. Kulkarni (Cahill Center), D. Liu (South-Western Institute for Astronomy Research, Yunnan University, Kiina [Yunnan]), X. Liu (Yunnan), A. A. Miller (Northwestern; CIERA), K. Rose (Sydney Institute for Astronomy, School of Physics, The University of Sydney, Australia), E. Waxman (Weizmann Institute), S. Yang (OKC DoA; Henan Academy of Sciences, Kiina), Y. Yao (Cahill Center), B. Zackay (Weizmann Institute), E. C. Bellm (DIRAC Institute, Department of Astronomy, University of Washington, Yhdysvallat), R. Dekany (COO), A. J. Drake (PMA), Y. Fang (Yunnan), J. P. U. Fynbo (The Cosmic DAWN Center, Tanska; Niels Bohr Institute, University of Copenhagen, Tanska), S. L. Groom (IPAC, California Institute of Technology, Yhdysvallat [IPAC]), G. Helou (IPAC), I. Irani (Weizmann Institute), T. J. du Laz (PMA), X. Liu (Yunnan), P. A. Mazzali (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, Yhdistynyt kuningaskunta; Max Planck Institute for Astrophysics, Saksa), J. D. Neill (PMA), Y.-J. Qin (PMA), R. L. Riddle (COO), A. Sharon (Weizmann Institute), N. L. Strotjohann (Weizmann Institute), A. Wold (IPAC), L. Yan (COO).

T. Mooren vetämä tutkimusryhmä on julkaissut artikkelin nimeltään: “SN 2022jli: A Type 1c Supernova with Periodic Modulation of Its Light Curve and an Unusually Long Rise” Astrophysical Journal Letters (doi: 10.3847/2041-8213/acfc25) julkaisusarjassa.

T. Moore (Astrophysics Research Centre, Queenʼs University Belfast, Yhdistynyt kuningaskunta [Queen’s]), S. J. Smartt (Queen’s; Department of Physics, University of Oxford, Yhdistynyt kuningaskunta [Oxford]), M. Nicholl (Queen’s), S. Srivastav (Queen’s), H. F. Stevance (Oxford; Department of Physics, The University of Auckland, New Zealand), D. B. Jess (Queen’s; Department of Physics and Astronomy, California State University Northridge, Yhdysvallat), S. D. T. Grant (Queen’s), M. D. Fulton (Queen’s), L. Rhodes (Oxford), S. A. Sim (Queen’s), R. Hirai (OzGrav: The Australian Research Council Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery, Australia; School of Physics and Astronomy, Monash University, Australia), P. Podsiadlowski (University of Oxford, Yhdistynyt kuningaskunta), J. P. Anderson (European Southern Observatory, Chile; Millennium Institute of Astrophysics MAS, Chile), C. Ashall (Department of Physics, Virginia Tech, Yhdysvallat), W. Bate (Queen’s), R. Fender (Oxford), C. P. Gutiérrez (Institut d’Estudis Espacials de Catalunya, Espanja [IEEC]; Institute of Space Sciences, Campus UAB, Espanja [ICE, CSIC]), D. A. Howell (Las Cumbres Observatory, Yhdysvallat [Las Cumbres]; Department of Physics, University of California, Santa Barbara, Yhdysvallat [UCSB]), M. E. Huber (Institute for Astronomy, University of Hawai’i, Yhdysvallat [Hawai’i]), C. Inserra (Cardiff Hub for Astrophysics Research and Technology, Cardiff University, Yhdistynyt kuningaskunta), G. Leloudas (DTU Space, National Space Institute, Technical University of Denmark, Tanska), L. A. G. Monard (Kleinkaroo Observatory, Etelä-Afrikka), T. E. Müller-Bravo (IEEC; ICE, CSIC), B. J. Shappee (Hawai’i), K. W. Smith (Queen’s), G. Terreran (Las Cumbres), J. Tonry (Hawai’i), M. A. Tucker (Department of Astronomy, The Ohio State University, Yhdysvallat; Department of Physics, The Ohio State University, Yhdysvallat; Center for Cosmology and Astroparticle Physics, The Ohio State University, Yhdysvallat), D. R. Young (Queen’s), A. Aamer (Queen’s; Institute for Gravitational Wave Astronomy, University of Birmingham, Yhdistynyt kuningaskunta [IGWA]; School of Physics and Astronomy, University of Birmingham, Yhdistynyt kuningaskunta [Birmingham]), T.-W. Chen (Graduate Institute of Astronomy, National Central University, Taiwan), F. Ragosta (INAF, Osservatorio Astronomico di Roma, Italia; Space Science Data Center—ASI, Italia), L. Galbany (IEEC; ICE, CSIC), M. Gromadzki (Astronomical Observatory, University of Warsaw, Puola), L. Harvey (School of Physics, Trinity College Dublin, The University of Dublin, Irlanti), P. Hoeflich (Department of Physics, Florida State University, Yhdysvallat), C. McCully (Las Cumbres), M. Newsome (Las Cumbres; UCSB), E. P. Gonzalez (Las Cumbres; UCSB), C. Pellegrino (Las Cumbres; UCSB), P. Ramsden (Birmingham; IGWA), M. Pérez-Torres (Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), Espanja; School of Sciences, European University Cyprus, Kypros), E. J. Ridley (IGWA; Birmingham), X. Sheng (Queen’s), ja J. Weston (Queen’s)

Euroopan eteläinen observatorio (ESO) tekee maailmankaikkeuden salaisuuksien tutkimisen mahdolliseksi kaikille tutkijoille ympäri maailman. Suunnittelemme, rakennamme ja operoimme huippuluokan maanpäälisiä observatorioita, joita tähtitieteilijät käyttävät jännittävien tutkimusongelmien ratkaisemiseen ja populääritähtitieteen edistämiseen. Me edistämme myös kansainvälistä yhteistyötä tähtitieteen alalla. ESO perustettiin hallitustenväliseksi järjestöksi vuonna 1962 ja nykyään ESO:ssa on mukana 16 jäsenvaltiota (Itävalta, Belgia, Tšekki, Tanska, Ranska, Suomi, Saksa, Irlanti, Italia, Alankomaat, Puola, Portugali, Espanja, Ruotsi, Sveitsi ja Yhdistynyt kuningaskunta) yhdessä Chilen isäntävaltion kanssa ja Australian kanssa strategisena kumppanina. ESO:n pääkonttori ja sen vierailijakeskus ja planetaario, ESO Supernova, sijaitsevat lähellä Müncheniä Saksassa. Chilen Atacaman aavikko on upea paikka, jossa on ainutlaatuiset olosuhteet tähtitaivaan tarkkailuun. Se on kaukoputkiemme sijoituspaikka. ESO:lla on kolme havaintopaikkaa: La Silla, Paranal ja Chajnantor. Paranalissa ESO operoi Very Large Telescope (VLT) kaukoputkea ja siihen liittyvää Very Large Telescope Interferometria sekä paikalla sijaitsevia taivaankartoitusteleskooppeja: infrapuna-alueella toimivaa VISTAa ja näkyvän valon alueella toimivaa VLT Survey Teleskooppia. Paranalissa ESO isännöi ja operoi myös Cherenkov Telescope Array South havaintolaitetta, joka on maailman suurin ja herkin gamma-alueella havaitseva observatorio. ESO operoi yhdessä kansainvälisten kumppaneiden kanssa APEX- ja ALMA-observatriota Chajnantorilla, jotka ovat kaksi millimetri- ja alimillimetrin alueella toimivaa havaintolaitetta. Rakennamme parhaillaan Paranalin lähelle Cerro Armazonesille "maailman suurinta silmää taivaalle”, ESO:n Erittäin suurta kaukoputkea (Extremely Large Telescope, ELT). Santiagossa, Chilessä sijaitsevista toimipisteistämme tuemme toimintaamme Chilessä ja olemme yhteydessä chileläisiin yhteistyökumppaneihin ja yhteiskuntaan.

Linkit

• Chen et al. artikkeli
• Moore et al. artikkeli
• VLT:n kuvia 
• NTT:n kuvia 
• Lue lisää ESO:n Erittäin suuresta teleskoopista omalta verkkosivulta ja lehdistötiedotteesta
• Median edustaja: Tilaa uutiskirje saadaksesi julkaisusulun alaiset uutiset omalla kielelläsi
• Tukija, onko sinulla kerrottavaa? Pitchaa oma tutkimuksesi!

Yhteystiedot

Ping Chen
Weizmann Institute of Science
Rehovot, Israel
Puh.: +972 8 934 6512
Sähköposti: chen.ping@weizmann.ac.il

Thomas Moore
Queen’s University Belfast
Belfast, Northern Ireland, UK
Sähköposti: tmoore11@qub.ac.uk

Jesper Sollerman
Department of Astronomy, Stockholm University
Stockholm, Sweden
Puh.: +46 8 5537 8554
Sähköposti: jesper@astro.su.se

Matt Nicholl
Queen’s University Belfast
Belfast, Northern Ireland, UK
Sähköposti: matt.nicholl@qub.ac.uk

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 3200 6670
Matkapuhelin: +49 151 241 664 00
Sähköposti: press@eso.org

Pasi Nurmi (Lehdistön yhteyshenkilö Suomi)
ESO Science Outreach Network ja University of Turku
Turku, Finland
Puh.: +358 29 4504 358
Sähköposti: eson-finland@eso.org

Connect with ESO on social media