Supernova SN 2023vjh bila je znatno slabija od drugih dobro proučenih eksplozija iste rijetke skupine. Njezina je svjetlost ujedno bila neobično crvena, no astronomi nisu pronašli očekivane znakove da je glavni uzrok prašina u galaksiji u kojoj je eksplodirala.
Riječ je o supernovi tipa Ia iz skupine nazvane prema supernovi SN 1991bg. Takve eksplozije dosežu manji najveći sjaj i blijede brže od većine supernova tipa Ia. SN 2023vjh bila je, međutim, slabija čak i od drugih dobro praćenih predstavnica te skupine.
Rezultati upućuju na dvije mogućnosti. Eksplozija je možda sama po sebi proizvela manje svjetlosti nego što predviđaju postojeći modeli, ali dio zatamnjenja mogao je izazvati i materijal koji je okruživao zvjezdani sustav prije eksplozije. Dostupna opažanja zasad ne omogućuju da se pouzdano utvrdi koliko je svaki od tih čimbenika utjecao na izgled supernove.
Brzo je dosegnula najveći sjaj, a zatim naglo oslabila
SN 2023vjh otkrio je 17. listopada 2023. sustav Zwicky Transient Facility, koji redovito snima velike dijelove neba i traži objekte čiji se sjaj mijenja. Supernova je najvjerojatnije eksplodirala u eliptičnoj galaksiji MCG+04-10-013, udaljenoj oko 271 milijun svjetlosnih godina.
Na nebu se pojavila daleko od svijetlog središta galaksije. Udaljenost između njezina položaja i središta galaksije iznosi oko 22.000 svjetlosnih godina, odnosno 6,8 kiloparseka. Taj će se podatak pokazati važnim pri pokušaju da se objasni njezina neobična boja.
Prema procjeni astronoma, supernovi je od eksplozije do najvećeg sjaja trebalo približno 11,6 dana. Nakon toga brzo je počela blijedjeti. Petnaest dana nakon najvećeg sjaja u plavom dijelu spektra bila je 1,89 magnituda slabija, što je svrstava među brzo blijedeće supernove tipa Ia.
Supernove tipa Ia nastaju u zvjezdanim sustavima koji sadrže bijelog patuljka, gust ostatak zvijezde približno Sunčeve mase. Eksplozija se pokreće kada u bijelom patuljku započne nekontrolirana nuklearna reakcija, ali još nije poznato vode li do nje svi sustavi istim razvojnim putem. Neki bijeli patuljci primaju materijal od zvijezde pratiteljice, dok se drugi možda sudaraju i spajaju s drugim bijelim patuljkom.
Koliko takve ostatke zvijezda može biti teško prepoznati čak i u našem susjedstvu pokazuje nedavno Hubbleovo otkriće četiriju skrivenih bijelih patuljaka u bliskim dvojnim sustavima. Postojanje bijelog patuljka ipak ne znači da će sustav završiti kao supernova. Za eksploziju su potrebni posebni uvjeti, a njihovi detalji još nisu potpuno razjašnjeni.
Spektri su otkrili razmjerno hladan vanjski sloj
Astronomi su SN 2023vjh pratili u vidljivom i bliskom infracrvenom dijelu spektra. Snimke su pokazale kako se njezin sjaj mijenjao, dok su spektri otkrili kemijske elemente u materijalu izbačenom eksplozijom.
U spektrima snimljenima prije i nakon najvećeg sjaja isticale su se linije silicija, kalcija i titana. Njihov raspored i jačina pokazuju da je fotosfera supernove, područje iz kojeg je u toj fazi dolazio najveći dio vidljive svjetlosti, bila hladnija nego kod uobičajenih supernova tipa Ia.
Takva su obilježja tipična za skupinu slabijih supernova tipa Ia, nazvanu prema supernovi SN 1991bg. Mjerenja stoga potvrđuju da joj pripada i SN 2023vjh. Kako astronomi analizom svjetlosti određuju kemijski sastav, temperaturu i gibanje udaljenih objekata, podrobnije objašnjavamo u našem vodiču kroz spektroskopiju.
Kasnija infracrvena opažanja otkrila su apsorpcijske linije kalcija, željeza i kobalta. Istodobno nije zabilježena izražena promjena u H-pojasu koja se pojavljuje kod brojnih drugih supernova tipa Ia. Cijeli niz mjerenja potvrđuje da je riječ o 1991bg-sličnoj eksploziji, ali i pokazuje da je njezin najveći sjaj bio manji nego što predviđaju modeli za tu skupinu.
Međuzvjezdana prašina nije dovoljno objašnjenje
Svjetlost SN 2023vjh bila je crvenija nego kod drugih supernova iz iste skupine. Vrijednost E(B-V), kojom astronomi procjenjuju promjenu boje svjetlosti tijekom prolaska kroz prašinu, iznosila je između 0,2 i 0,35 magnitude. Takav rezultat obično upućuje na prisutnost prašine između supernove i Zemlje
Prašina snažnije apsorbira i raspršuje plavu nego crvenu svjetlost, pa udaljeni objekt može izgledati crvenije i manje sjajno nego što doista jest. Taj učinak astronomi moraju uzeti u obzir pri analizi supernova, osobito kada ih koriste za mjerenje udaljenosti.
Kod SN 2023vjh ipak nisu pronađeni jasni pokazatelji da se na putu njezine svjetlosti nalazila dovoljna količina međuzvjezdane prašine. U spektrima nije otkrivena apsorpcijska linija neutralnog natrija Na I D, koja često prati plin i prašinu između izvora i Zemlje. Supernova se osim toga pojavila oko 22.000 svjetlosnih godina od središta stare galaksije u kojoj se više ne stvaraju znatne količine novih zvijezda. Na takvom se položaju ne očekuje mnogo materijala koji bi mogao snažno prigušiti njezinu svjetlost.
Izostanak linije Na I D ne znači da prašine uopće nije bilo. Ta linija nije potpuno pouzdano mjerilo njezine količine i ponekad može izostati unatoč određenom zatamnjenju. Ipak, njezin izostanak i položaj supernove zajedno pokazuju da međuzvjezdana prašina vjerojatno nije dovoljna za objašnjenje njezina neobično crvenog i slabog sjaja.
Uzrok bi mogao biti materijal oko zvjezdanog sustava
Astronomi su zato razmotrili mogućnost da se materijal koji je prigušio dio svjetlosti nalazio u neposrednoj blizini zvjezdanog sustava. Mogao je biti izbačen prije eksplozije, primjerice tijekom prijenosa tvari između bijelog patuljka i zvijezde pratiteljice.
Modeli koji uključuju takav materijal bolje odgovaraju mjerenjima u plavom dijelu spektra. Ni oni, međutim, nisu uspjeli potpuno objasniti rezultate u infracrvenom i-pojasu. Moguće je stoga da zatamnjenje nije jedini uzrok odstupanja.
Jedno je objašnjenje da postojeći modeli ne opisuju dovoljno precizno eksplozije ovako malog sjaja. Druga je mogućnost da je SN 2023vjh sama po sebi bila neuobičajeno slaba, a da je materijal oko zvjezdanog sustava dodatno prigušio i promijenio boju njezine svjetlosti. Koliki je bio doprinos svakog od tih čimbenika zasad se ne može pouzdano odrediti.
SN 2023vjh ne pripada supernovama koje se koriste za mjerenje udaljenosti
Supernove tipa Ia važne su jer se njihova stvarna sjajnost može procijeniti na temelju boje i načina na koji se njihov sjaj mijenja nakon eksplozije. Usporedbom procijenjene stvarne sjajnosti s onom izmjerenom sa Zemlje astronomi određuju udaljenost do galaksije u kojoj se supernova pojavila. Ta je metoda imala ključnu ulogu u otkriću ubrzanog širenja svemira, a podrobnije je objašnjena u tekstu o tome kako astronomi mjere udaljenosti u svemiru.
SN 2023vjh nije jedna od uobičajenih supernova tipa Ia koje se koriste u takvim mjerenjima. Njezin manji najveći sjaj, brzo smanjivanje sjaja nakon maksimuma i obilježja hladnije fotosfere svrstavaju je u rijetku skupinu nazvanu prema supernovi SN 1991bg.
Fotometrijska i spektroskopska opažanja korištena u ovom istraživanju primjenjuju se i pri proučavanju drugih supernova tipa Ia, među kojima je SN 2020nlb. Usporedbe većeg broja takvih eksplozija pomažu astronomima utvrditi koliko se njihova svojstva mogu razlikovati te nastaju li sve supernove tipa Ia istim razvojnim putem.
SN 2023vjh pokazuje da znatne razlike postoje čak i unutar rijetke skupine slabijih supernova kojima se sjaj brzo smanjuje. Njezinu neuobičajeno malu sjajnost i izraženo crvenjenje postojeći modeli još ne mogu potpuno objasniti.