Вибухи наднових розкривають закономірність утворення зірок у космосі

29 грудня 2024 р. 08:55

29 грудня 2024 р. 08:55

Вчені відкрили новий захоплюючий спосіб дізнатися, як утворюються зірки, вивчаючи їх вражаючу смерть. Використовуючи дані про вибухи зірок, як-от наднові та спалахи гамма-випромінювання, дослідники тепер можуть обчислити масу зірок у регіонах Всесвіту, які надто віддалені, щоб спостерігати безпосередньо. Цей прорив натякає на універсальну закономірність того, як народжуються зірки, і цю теорію незабаром перевірять за допомогою передових телескопів, таких як JWST і Euclid.

Недавня стаття, опублікована в Universe, описує новаторський підхід до вивчення зірок, простежуючи їхнє походження шляхом дослідження їх смерті. Цей метод дозволяє дослідникам отримати початкову функцію маси (IMF) — розподіл маси зірок після їх утворення — використовуючи дані наднових і гамма-спалахів. Використовуючи широко використовувану обчислювальну техніку для оцінки параметрів, вчені успішно розрахували ММП у віддалених регіонах космосу, далеко за межами досяжності телескопічних спостережень.

Дослідження, проведене командою з Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) у Трієсті, Національного інституту ядерної фізики (INFN), Інституту фундаментальної фізики Всесвіту (IFPU) і Національного інституту астрофізики (INAF), виявили, що МВП у цих віддалених регіонах дуже нагадує ММП, що спостерігається в сусідніх частинах Всесвіт.

Ця дивовижна подібність свідчить про можливість універсального ММП — послідовної моделі зореутворення в усьому космосі. Подальші спостереження за такими передовими телескопами, як космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST) і Евклід, перевірять і потенційно підтвердять цю інтригуючу гіпотезу.

«Усі зоряні популяції, спостережувані в нашому районі, демонструють напрочуд подібну початкову функцію маси (IMF). Це може свідчити про те, що ММП є універсальною константою зореутворення в будь-якому регіоні Всесвіту. На жаль, інструментальні обмеження заважають вченим досліджувати зіркове населення за межами локального Всесвіту, щоб перевірити універсальність МВФ», — пояснює Франческо Габріеллі, дослідник і автор дослідження разом з Андреа Лапі та Маріо Спера.

Зореутворення є одним із найдивовижніших процесів у Всесвіті, що відбувається у щільних внутрішніх областях галактик через колапс і фрагментацію хмар молекулярного газу. Коли маса газу стає достатньо гарячою та щільною, вона починає горіти водень і сяяти: це коли народжується зірка.

Нове дослідження почалося з погляду назад і, точніше, зі знання того, що хід життя зірки залежить від її маси. Масивні зірки закінчують своє життя вражаючими вибухами, які називаються надновими. Вважається, що деякі наднові викидають високошвидкісний струмінь матеріалу, який випускає гамма-промені в так званому «гамма-спалаху». Оскільки виникнення певного типу вибуху залежить від маси зірки, кількість таких вибухів у Всесвіті буде залежати від кількості зірок, які утворюються з правильною масою, іншими словами, від МВФ.

Франческо Габріеллі пояснює: «Ми з моєю групою розробили новий метод, заснований на цих міркуваннях, щоб визначити IMF за межами локального Всесвіту. Зокрема, ми використали обчислювальний метод, який насправді є досить поширеним, але тепер використовується вперше для відтворення кількості наднових і спалахів гамма-випромінювання, які спостерігаються у Всесвіті. Оскільки ці величини суворо залежать від МВФ, це дозволило нам точно визначити форму МВФ, яка найкраще представляє спостереження».

Тест спостереженням

Використовуючи цей підхід вперше, дослідникам вдалося розробити нову методологію визначення МВФ. Одне особливо захоплююче відкриття полягало в тому, що IMF, розраховане для далекого Всесвіту, було напрочуд подібним до виміряного в локальному Всесвіті, що є можливим доказом універсального IMF.

Габріеллі підсумовує: «Це хвилюючий час для астрофізиків, оскільки багато нових телескопів, таких як JWST і Euclid, зараз починають проводити спостереження. У результаті в найближчі роки очікується виняткова кількість спостережень наднових зірок і спалахів гамма-випромінювання. Буде цікаво побачити, що ця нова маса даних може розповісти нам про МВФ та його універсальність. Глибше розуміння МВФ призвело б до важливих досягнень у різних областях астрофізики, включаючи формування та еволюцію зірок, хімічне збагачення Всесвіту та спостереження гравітаційних хвиль, які випромінюють чорні діри, що стикаються».

Наука