별은 먼지가 많은 은하에서 폭발합니다 – 항상 볼 수는 없습니다

폭발하는 별이 흥미진진한 라이트 쇼를 연출합니다. Spitzer와 같은 적외선 망원경은 연무를 통해 볼 수 있고 이러한 분출이 얼마나 자주 발생하는지 더 잘 알 수 있습니다.

거대한 별들의 죽음의 고통과 우주에서 가장 밝고 강력한 폭발 중 하나인 초신성은 놓치기 어려울 것이라고 생각할 것입니다. 그러나 우주의 가장 먼 부분에서 관찰되는 그러한 폭발의 수는 천체 물리학자들의 예상보다 훨씬 적습니다.

의 데이터를 사용한 새로운 연구 나사최근에 은퇴한 Spitzer Space Telescope는 이전에 한 번도 본 적 없는 5개의 초신성을 발견했다고 보고했습니다. Spitzer는 적외선으로 우주를 보았습니다. 이 빛은 먼지 구름을 뚫고 통과하여 광학 빛을 차단합니다. 이러한 빛은 우리 눈에 보이고 방해받지 않는 초신성이 가장 밝게 방출하는 빛입니다.

숨겨진 초신성을 찾기 위해 연구자들은 40개의 먼지가 많은 은하에 대한 스피처 관측을 연구했습니다. (우주에서 먼지는 연기와 비슷한 농도를 지닌 알갱이 같은 입자를 의미합니다.) 이 은하에서 발견된 숫자를 기반으로 연구는 초신성이 과학자들이 예상하는 만큼 자주 발생한다는 것을 확인시켜줍니다. 이 예측은 별이 어떻게 진화하는지에 대한 과학자들의 현재 이해를 기반으로 합니다. 이와 같은 연구는 이해의 특정 측면을 강화하거나 도전함으로써 이러한 이해를 향상시키는 데 필요합니다.

이 무료 NASA 포스터를 다운로드하십시오., 은퇴한 Spitzer 우주 망원경을 기념합니다. 크레딧: NASA/JPL-Caltech

우주 망원경 과학 연구소(Space Telescope Science Institute)의 과학자인 오리 폭스(Ori Fox)는 “이러한 스피처 결과는 초신성을 탐지하기 위해 오랫동안 우리가 의존해 온 광학 탐사가 우주에서 발생하는 항성 폭발의 절반을 놓친다는 것을 보여줍니다”라고 말했습니다. 볼티모어에서. 메릴랜드 주이며, Royal Astronomical Society의 Monthly Notices에 게재된 새로운 연구의 주 저자입니다. “우리가 Spitzer에서 볼 수 있는 초신성의 수가 이론적 예측과 통계적으로 일치한다는 것은 매우 좋은 소식입니다.”

“초신성 역설”(예측된 초신성의 수와 광학 망원경으로 관측한 수의 불일치)은 가까운 우주에서는 문제가 되지 않습니다. 그곳에서 은하들은 별 형성 속도를 늦추고 일반적으로 먼지가 덜합니다. 하지만 우주의 더 먼 지역에서는 은하가 더 젊어 보이고 더 빠른 속도로 별을 생성하며 더 많은 양의 먼지를 포함하는 경향이 있습니다. 이 먼지는 광학 및 자외선을 흡수하고 산란시켜 망원경에 도달하는 것을 방지합니다. 그래서 연구자들은 사라진 초신성이 반드시 존재해야 하고 보이지 않아야 한다고 오랫동안 추론해 왔습니다.

Fox는 “지역 우주는 초기 별 형성 이후로 약간 진정되었기 때문에 일반적인 광학 검색으로 예상되는 수의 초신성을 볼 수 있습니다.”라고 말했습니다. “그러나 관측된 초신성 탐지 비율은 더 멀리 이동할수록 감소하고 가장 먼지가 많은 은하가 우세했던 우주 시대로 되돌아갑니다.”

그렇게 먼 거리에서 초신성을 탐지하는 것은 어려울 수 있습니다. 미스터리한 은하계로 둘러싸여 있지만 덜 극단적인 거리에서 초신성을 찾기 위해 Fox의 팀은 광휘 및 초광도 적외선 은하(각각 LIRG 및 ULIRG)로 알려진 40개의 먼지 질식 은하로 구성된 지역 그룹을 선택했습니다. LIRG와 ULIRG의 먼지는 초신성과 같은 물체의 광학 빛을 흡수하지만 스피처와 같은 망원경이 이를 감지할 때까지 동일한 물체의 적외선이 방해받지 않고 통과할 수 있도록 합니다.

이전에 본 적이 없는 다섯 개의 초신성이 (적외선) 빛에 나타났을 때 연구원들의 예감은 옳았다는 것이 증명되었습니다. Fox는 “망원경이 이 먼지 투성이 은하로부터 미묘한 초신성 신호를 포착할 수 있었다는 것은 Spitzer의 발견 잠재력에 대한 증거입니다.”라고 말했습니다.

연구 공동 저자 Alex Filippenko, 천문학 교수 캘리포니아 대학교 버클리. “그들은 ‘모든 초신성은 어디로 갔습니까?’라는 질문에 답하는 데 도움을 주었습니다. “

Spitzer가 발견한 초신성의 유형은 “기본 붕괴 초신성”으로 알려져 있으며, 여기에는 질량이 태양 질량의 8배 이상인 거대한 별이 포함됩니다. 나이가 들고 핵이 철로 채워지면서 큰 별은 더 이상 자체 중력을 견디기에 충분한 에너지를 생산할 수 없으며 핵이 갑자기 치명적으로 붕괴됩니다.

빠른 분만 동안 발생하는 강한 압력과 온도는 핵융합을 통해 새로운 화학 원소를 형성합니다. 붕괴된 별은 결국 초밀도 핵에서 튀어나와 스스로를 작은 조각으로 부풀려 우주 전체에 흩어지게 합니다. 초신성은 대부분의 금속과 같이 “무거운” 원소를 생성합니다. 이러한 요소는 지구와 같은 암석 행성과 생물학적 유기체를 구성하는 데 필수적입니다. 일반적으로 초신성 비율은 별 형성 모델과 우주의 무거운 원소 형성에 대한 중요한 조사입니다.

폭스는 “얼마나 많은 별이 형성되고 있는지 알 수 있다면 얼마나 많은 별이 폭발할지 예측할 수 있다”고 말했다. “또는 반대로, 얼마나 많은 별이 폭발하고 있는지에 대한 표시가 있으면 얼마나 많은 별이 형성되고 있는지 예측할 수 있습니다. 이 관계를 이해하는 것은 천체 물리학의 많은 연구 영역에서 매우 중요합니다.”

NASA의 Roman Nancy Grace 우주 망원경과 James Webb 우주 망원경을 포함한 차세대 망원경은 Spitzer와 같은 적외선을 감지할 것입니다.

Fox는 “우리 연구는 별 형성 모델이 이전에 생각했던 것보다 초신성 비율과 더 일치한다는 것을 보여주었다”고 말했습니다. “이 숨겨진 초신성을 밝혀냄으로써 Spitzer는 Webb 및 Roman 우주 망원경으로 새로운 종류의 발견을 위한 길을 열었습니다.”

참조: “A 스피처 먼지로 가려진 초신성에 대한 조사” Uri de Vox, Harish Khandrika, David Rubin, Chadwick Casper, Gary Z Lee, Tamas Szalay, Lee Armos, Alexei V. Filipenko, Michael F. Skrutsky, Lou Strulger 및 Schuyler de Van Dyck, 2021년 6월 21일 및 왕립천문학회 월간 공지.
DOI: 10.1093/mnras/stab1740

미션에 대해 더 알아보기

남가주에 있는 NASA의 제트 추진 연구소는 워싱턴에 있는 NASA의 과학 임무 부서를 위해 임무 작전을 수행하고 스피처 우주 망원경 임무를 지휘했습니다. 과학적 작업은 패서디나에 있는 캘리포니아 공과 대학의 스피처 과학 센터에서 수행되었습니다. 우주선 작업은 콜로라도 리틀턴에 있는 록히드 마틴 스페이스(Lockheed Martin Space)에서 이루어졌습니다. 데이터는 California Institute of Technology의 IPAC에 있는 적외선 과학 아카이브에 보관됩니다. 칼텍이 달린다 제트 추진 연구실 나사에.