블랙홀은 조기 초신성 폭발을 촉발합니다 – 완전히 새로운 유형의 초신성의 첫 번째 관찰

이 그림은 폭발하려는 거대한 별을 보여줍니다. 폭발은 동반자인 죽은 별(블랙홀 또는 중성자별)이 별의 핵으로 떨어진 후 촉발되었습니다. 과학자들은 블랙홀이나 중성자별이 무거운 별과 충돌한 다음 수세기에 걸쳐 내륙으로 이동하면서 별의 대기에서 물질의 소용돌이를 방출했다고 말합니다(별을 둘러싼 이미지에서). 그것이 별의 핵에 도달했을 때, 핵에서 나온 물질은 빠르게 별의 시체에 떨어졌고 거의 빛의 속도로 한 쌍의 제트기를 방출했습니다. 이 예술가의 묘사에서 제트는 곧 초신성 폭발을 일으키기 위해 별을 통과하는 터널링을 보여줍니다. 몇 년 후 초신성은 별 크기의 약 10,000배에 달하는 방출된 나선의 대부분을 부숴버릴 것입니다. 이것은 매우 큰 어레이에서 관찰되는 빛나는 일시적인 라디오 소스를 생성합니다. 크레딧: 척 카터

이론가들은 완전히 새로운 유형의 초신성의 첫 번째 관측을 예측했지만 이전에는 확인되지 않았습니다.

2017년, 전파 파장으로 밤하늘을 스캔하는 프로젝트인 VLA(Very Large Array Sky Survey)에서 캡처한 데이터에서 밝고 특이한 전파 소스가 발견되었습니다. 이제 Caltech 대학원생 Dillon Dong(MS ’18)이 이끄는 천문학자 팀이 밝은 전파 광선이 블랙홀 또는 중성자별 그녀는 전례 없는 과정에서 동료 스타와 충돌한다.

Caltech의 천문학 교수인 Greg Hallinan은 “거대한 별은 보통 핵연료가 고갈되면 초신성으로 폭발합니다. “그러나 이 경우 기체 블랙홀이나 중성자별이 동반성이 조기에 폭발하게 만들었습니다.” 합병으로 인한 초신성 폭발이 확인된 것은 이번이 처음이다.

그 결과에 대한 논문이 저널에 게재되었습니다. 과학 2021년 9월 3일.

밤하늘에 밝게 빛나는

Hallinan과 그의 팀은 어두운 방에서 성냥개비처럼 밝게 빛나고 빠르게 타오르는 전파의 단기 소스인 소위 전파 과도 현상을 찾습니다. 무선 송신기는 거대한 별이 폭발하여 에너지 제트를 방출하거나 중성자 별이 병합되는 것과 같은 특이한 천문학적 사건을 식별하는 훌륭한 방법입니다.

딜런 동

Caltech의 Owens Valley Radio Observatory에 있는 40미터 라디오 접시를 배경으로 Dillon Dong.

Dong은 VLA의 방대한 데이터 세트를 조사하면서 VT 1210 + 4956이라는 VLA 조사에서 매우 밝은 전파 소스를 선택했습니다. 이 소스는 초신성과 관련된 가장 밝은 전파 과도 현상과 관련이 있습니다.

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Dong은 밝은 전파 에너지가 원래 두껍고 조밀한 가스 지각으로 둘러싸인 별이라고 결론지었습니다. 이 가스 껍질은 현재보다 수백 년 전에 별에서 던졌습니다. VT 1210+4956, Radio Transient는 별이 마침내 초신성으로 폭발하고 폭발로 방출된 물질이 가스 봉투와 상호 작용할 때 발생했습니다. 그러나 가스 발사체 자체와 별에서 발사된 타임라인이 특이했기 때문에 동은 이 폭발에 대한 이야기가 더 있을 것이라고 추측했다.

두 가지 특이한 사건

Dong의 발견 이후, Caltech 대학원생 Anna Ho(PhD ’20)는 이 전파 전달이 X선 스펙트럼에서 짧은 밝은 사건의 다른 지수와 비교될 것을 제안했습니다. 일부 X선 현상은 너무 오래 지속되어 지구 시간의 몇 초 동안만 하늘에 존재했습니다. 이 다른 카탈로그를 검토하여 Dong은 VT 1210 + 4956과 같은 하늘의 동일한 지점에서 시작된 X선 소스를 발견했습니다. Dong은 신중한 분석을 통해 X선과 전파가 동일한 이벤트에서 나온 것일 수 있음을 증명했습니다.

그렉 할리넌

그렉 할리넌

“지나간 X선은 특이한 사건이었습니다. 폭발 당시 상대론적 제트기가 발사되고 있었다는 것을 나타냅니다.”라고 Dong은 말합니다. 방사성 발광은 그 폭발로 인한 물질이 수세기 전에 별에서 방출된 조밀한 가스의 거대한 고리와 나중에 충돌했음을 나타냅니다. 이 두 이벤트는 서로 연결되지 않았으며 자체적으로 매우 드뭅니다.”

퍼즐 풀다

그래서 무슨 일이? 신중한 모델링 후 팀은 가장 가능성이 높은 설명을 식별했습니다. 중력파.

그들은 이전에 폭발한 별의 작은 잔해(블랙홀 또는 중성자별)가 곧 별 주위를 공전할 것이라고 추측했습니다. 시간이 지남에 따라 블랙홀은 동반성의 대기를 끌어 당겨 우주로 쏘아 가스 토러스를 형성하기 시작했습니다. 이 과정은 블랙홀이 별 속으로 들어갈 때까지 두 물체를 더욱 가깝게 만들어 별을 붕괴시키고 초신성 폭발을 일으켰습니다.

X선은 별이 붕괴되는 순간 별의 핵에서 발사된 제트에 의해 생성되었습니다. 대조적으로, 전파는 폭발하는 별이 상승하는 압축체에 의해 방출되는 가스의 원환체에 도달했을 때 몇 년 후 생성되었습니다.

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천문학자들은 무거운 별과 그에 수반되는 조밀한 천체가 소위 안정 궤도를 형성할 수 있다는 것을 알고 있습니다. 이 궤도에서는 두 천체가 극도로 오랜 기간에 걸쳐 점차적으로 점점 더 가까워집니다. 이 과정은 수백만 년에서 수십억 년 동안 안정적이지만 결국 충돌하여 다음과 같은 중력파를 방출하는 쌍성계를 형성합니다. 레고 안에 2015년과 2017년.

그러나 VT 1210 + 4956의 경우 두 물체가 순간적으로 치명적인 충돌을 일으켜 X선과 관측 전파가 폭발했다. 이러한 충돌은 이론적으로 예측되었지만 VT 1210 + 4956은 이러한 일이 발생했다는 첫 번째 구체적인 증거를 제공합니다.

우연의 일치 조사

VLA Sky Survey는 밤하늘의 무선 신호에 대한 방대한 양의 데이터를 생성하지만 VT 1210+4956과 같은 흥미롭고 밝은 이벤트를 발견하기 위해 해당 데이터를 살펴보는 것은 건초 더미에서 바늘을 찾는 것과 같습니다. Dong은 이 특별한 바늘을 발견한 것은 어떤 면에서는 우연의 일치라고 말합니다.

“우리는 VLA 설문조사에서 무엇을 찾을 수 있을지에 대한 아이디어가 있었지만 예상하지 못한 것을 찾을 가능성에 대해 열려 있었습니다.”라고 Dong은 설명합니다. “우리는 대규모 데이터 세트를 느슨하게 제한하고 공개적으로 검색한 다음 발견한 개체에 대해 수집할 수 있는 모든 맥락적 단서를 고려하여 흥미로운 것을 발견할 수 있는 조건을 만들었습니다. 이 과정에서 당신은 다양한 해석이 가능하고 자연이 거기에 무엇이 있는지 알려주기만 하면 됩니다.”

이 논문의 제목은 “융합 초신성에 대응하는 과도 전파원”입니다. Dillon Dong은 첫 번째 저자입니다. Hallinan과 Hu 외에도 Ehud Nakar, Andrew Hughes, Kenta Hotukizaka, Steve Myers(PhD 90), Keshalai Dee(MS ’18, PHD ’21), Kunal Moli(PhD 15), Vikram Ravi, Asaf Horesh, Mansi Kesliwal(MS ’07, Ph.D. ’11) 및 Shree Kulkarni. 자금 지원은 국립 과학 재단, 미국-이스라엘 양자 과학 재단, 계획 및 예산 위원회의 I-Core 프로그램, 이스라엘 과학 재단, 캐나다 자연 과학 및 공학 위원회, 밀러 기초 연구 연구소에서 제공했습니다. UC Berkeley의 과학, 일본 과학 진흥 학회, 초기 전문 과학자 프로그램, 국립 전파 천문대, Heising-Simons 재단.

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