과학자들이 새로운 유형의 항성 폭발 발견: '전자 포획 초신성'에 대한 최초의 확실한 증거

외신 보도에 따르면 라스 쿰브레스 천문대(Las Cumbres Observatory)의 과학자들이 이끄는 글로벌 팀이 새로운 유형의 항성 폭발, 즉 '전자 포획 초신성'에 대한 최초의 설득력 있는 증거를 발견했습니다. 과학자들이 이 이론을 40년 동안 제안해 왔지만 실제 사례는 찾기 어렵습니다. 이 별들은 거대한 초점근거성가지별(SAGB)의 폭발에 의해 생성된 것으로 생각되지만 이에 대한 증거는 거의 없습니다. 이번 발견은 또한 낮 동안 전 세계에서 관측되어 결국 게 성운이 된 서기 1054년 초신성의 천년 미스터리에 대한 새로운 빛을 밝혀줍니다.

역사적으로 초신성에는 두 가지 주요 유형이 있었습니다. 하나는 열핵 초신성, 즉 쌍성계에서 물질을 획득하는 백색 왜성의 폭발입니다. 이 백색 왜성은 수명이 다한 저질량 별(태양의 8배 이하의 질량을 가진 별)이 남긴 조밀한 회색 핵입니다. 또 다른 주요 유형의 초신성은 철붕괴 초신성으로, 태양 질량의 약 10배 이상인 거대한 별이 핵연료를 모두 소모하고 철핵이 붕괴하여 블랙홀 또는 중성자별을 형성하는 것입니다. 전자 포획 초신성은 이 두 유형의 초신성 사이의 경계에 있습니다. 이 별들은 핵이 산소, 네온, 마그네슘으로 구성되어 있어 철을 생성할 만큼 크지 않으면 핵융합을 중단합니다.

'전자 포획 초신성'에서는 산소-네온-마그네슘 핵에 있는 전자 중 일부가 원자핵에 충돌하는데, 이 과정을 전자 포획이라고 합니다. 이러한 전자 제거로 인해 별의 핵이 자체 무게로 인해 휘어지고 붕괴되어 전자를 가두는 초신성이 발생합니다. 별이 약간 더 무거워지면 핵심 요소가 융합되어 더 무거운 요소가 생성되고 수명이 연장될 수 있습니다. 따라서 이것은 일종의 "역 골디락스 효과"입니다. 별은 핵의 붕괴를 피할 만큼 가볍지도 않고, 수명을 연장했다가 나중에 다른 방식으로 죽을 만큼 무겁지도 않습니다.

이는 1980년부터 도쿄대 노모토 겐이치 등이 제안한 이론이다. 수십 년 동안 이론가들은 전자를 가두는 초신성과 SAGB 원생동물에서 찾을 수 있는 예측을 공식화해 왔습니다. 이 별들은 질량이 많아 폭발하기 전에 대부분을 잃어야 하며, "죽어가는" 별에 가까운 이 질량은 특이한 화학적 구성을 가지고 있어야 합니다. 그러면 전자 포획 초신성은 약하고 방사성 낙진이 거의 없으며 핵에 중성자가 풍부한 원소가 있어야 합니다.

Nature Astronomy에 발표된 새로운 연구는 캘리포니아 대학교 산타바바라 캠퍼스(UCSB)와 Las Cumbres Observatory(LCO)의 대학원생인 Daichi Hiramatsu가 주도했습니다. Hiramatsu는 전 세계 수십 개의 망원경을 사용하는 전 세계 과학자 팀인 Global Supernova Project의 핵심 멤버입니다. 팀은 초신성 SN 2018zd가 많은 특이한 특징을 가지고 있다는 것을 발견했으며, 그 중 일부는 초신성에서 처음으로 나타났습니다.

초신성은 비교적 가까운 은하 NGC 2146에서 불과 3,100만 광년 떨어져 있습니다. 이를 통해 팀은 폭발 전에 허블 우주 망원경으로 촬영한 보관 이미지를 조사하고 폭발하기 전에 가능한 조상 별을 탐지할 수 있었습니다. 이번 관측은 최근 은하계에서 발견된 또 다른 SAGB 별과 일치하지만, 일반적인 핵붕괴 초신성의 기원인 적색 슈퍼스타 모델과는 일치하지 않는다.

이 연구는 발표된 모든 초신성 데이터를 조사한 결과 일부 초신성에는 예상된 전자 포획 초신성 지표 중 일부가 있는 반면 SN 2018zd만이 6가지 지표(명백한 SAGB 원생동물, 강력한 초신성 이전 질량 손실)를 모두 갖고 있음을 발견했습니다. , 특이한 별의 화학, 약한 폭발, 소량의 방사능 및 중성자가 풍부한 핵.

"우리는 '이 이상한 사람은 뭐죠?'라고 묻기 시작했습니다."라고 히라마츠는 말했습니다. "그런 다음 우리는 SN 2018zd의 모든 측면을 조사한 결과 모든 것이 전자 포획 방식으로 설명될 수 있다는 것을 깨달았습니다.

새로운 발견은 또한 과거 가장 유명한 초신성의 미스터리 중 일부를 밝혀줍니다. 장소.

서기 1054년에 은하수에서 초신성이 발생했습니다. 중국과 일본의 기록에 따르면 이 초신성은 낮에는 23일 동안, 밤에는 거의 2년 동안 볼 수 있을 정도로 밝았습니다. 그 결과 생성된 잔해인 게 성운이 매우 자세하게 연구되었습니다. 이전에는 "전자 포획 초신성"의 최고 후보였지만 폭발이 거의 천년 전에 발생했기 때문에 부분적으로는 불확실했습니다. 새로운 결과는 역사적인 SN 1054가 전자를 포획한 초신성이었다는 확신을 높여줍니다. 또한 초신성이 모델에 비해 상대적으로 밝은 이유를 설명합니다. SN 2018zd에서 볼 수 있듯이 초신성 분출물과 원시별에서 방출된 물질의 충돌로 초신성의 밝기가 인위적으로 향상되었을 수 있습니다.

도쿄대학교 카블리 IPMU의 켄 노모토 박사는 자신의 이론이 확인된 것에 대해 “저와 동료들이 발견한 전자 포획 초신성이 매우 기쁘다”고 덧붙였다. 40년 전의 존재가 이미 예측되어 있었고, 이러한 관측을 얻기 위해 기울인 노력에 깊은 감사를 드립니다.”

추가: "이것은 우리 모두에게 40년 이론주기를 마무리하는 데 기여할 수 있는 '유레카 순간'입니다. 그리고 개인적으로 제 천문학 경력은 제가 고등학교 도서관에서 시작했을 때부터 시작되었습니다. 우주의 놀라운 이미지 중 하나는 허블 우주 망원경으로 포착한 상징적인 게 성운이었습니다."

"우리가 새로운 천체 물리학을 발견할 때 로제타 스톤이라는 용어는 물체를 지칭할 때 종종 은유적으로 사용됩니다. "라고 Las Cumbres Observatory의 직원이자 UCLA의 겸임 교수인 Andrew Howell 박사는 말했습니다. "그러나 이 경우에는 이 초신성이 실제로 우리가 전 세계 문화에서 수천 년에 걸친 기록을 해석하는 데 도움이 된다고 생각합니다. 그것은 우리가 완전히 이해하지 못하는 게 성운을 우리가 믿을 수 없을 만큼 현대적인 기록을 가지고 있는 또 다른 것과 연결하는 데 도움이 됩니다. 이 초신성을 연결하는 한 가지는 그 과정에서 우리에게 기본적인 물리학, 즉 중성자가 어떻게 존재하는지 가르쳐 주는 것입니다. 별은 어떻게 생성되고, 극한의 별은 어떻게 살고 죽는가, 그리고 우리를 구성하는 원소는 어떻게 생성되고 우주 전체에 분산되는가?" Howell 박사는 글로벌 초신성 프로젝트(Global Supernova Project)의 책임자이자 수석 저자의 박사 지도교수입니다.