Hình ảnh cho thấy thiên hà Arp 148, được chụp bởi kính thiên văn Spitzer và Hubble của NASA. Dữ liệu Spitzer được xử lý đặc biệt xuất hiện bên trong vòng tròn màu trắng, để lộ ánh sáng hồng ngoại từ một siêu tân tinh bị che khuất bởi bụi. Đây là một trong năm siêu tân tinh ẩn được ghi lại lần đầu tiên trong một bài báo gần đây. Nhà cung cấp hình ảnh: NASA / JPL-Caltech

Những ngôi sao đang nổ tạo ra những màn trình diễn ánh sáng thú vị. Kính thiên văn hồng ngoại như Spitzer có thể nhìn xuyên qua mây mù và đưa ra ý tưởng tốt hơn về tần suất xảy ra những vụ phun trào này.

Bạn sẽ nghĩ rằng siêu tân tinh – cái chết của những ngôi sao lớn và trong số những vụ nổ sáng nhất và mạnh nhất trong vũ trụ – sẽ rất khó để bỏ lỡ. Tuy nhiên, số vụ nổ như vậy được quan sát thấy ở những nơi xa nhất của vũ trụ thấp hơn nhiều so với kỳ vọng của các nhà vật lý thiên văn.

Nghiên cứu mới sử dụng dữ liệu từ NASAKính viễn vọng không gian Spitzer gần đây đã nghỉ hưu báo cáo việc phát hiện ra năm siêu tân tinh chưa từng được nhìn thấy trước đây, không bị phát hiện trong ánh sáng quang học. Spitzer đã nhìn thấy vũ trụ trong ánh sáng hồng ngoại, ánh sáng xuyên qua các đám mây bụi ngăn chặn ánh sáng quang học – loại ánh sáng mà mắt chúng ta nhìn thấy và siêu tân tinh không bị cản trở đó phát ra ánh sáng rực rỡ nhất.

Để tìm kiếm các siêu tân tinh ẩn, các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu các quan sát của Spitzer đối với 40 thiên hà đầy bụi. (Trong không gian, bụi dùng để chỉ các hạt giống hạt với độ đặc tương tự như khói.) Dựa trên số lượng chúng tìm thấy trong các thiên hà này, nghiên cứu xác nhận rằng siêu tân tinh thực sự xảy ra thường xuyên như các nhà khoa học mong đợi. Dự đoán này dựa trên hiểu biết hiện tại của các nhà khoa học về cách các ngôi sao tiến hóa. Những nghiên cứu như thế này là cần thiết để cải thiện sự hiểu biết này, bằng cách củng cố hoặc thách thức một số khía cạnh của nó.

Tải xuống áp phích NASA miễn phí này, nơi tưởng niệm Kính viễn vọng Không gian Spitzer đã nghỉ hưu. Nhà cung cấp hình ảnh: NASA / JPL-Caltech

Ori Fox, một nhà khoa học tại Viện Khoa học Kính viễn vọng Không gian cho biết: “Những kết quả này với Spitzer cho thấy rằng các cuộc khảo sát quang học mà chúng ta đã dựa vào lâu nay để phát hiện siêu tân tinh bỏ lỡ nhiều bằng một nửa số lượng sao xuất hiện ngoài đó trong vũ trụ. ở Baltimore. Maryland, và là tác giả chính của nghiên cứu mới, được công bố trên tạp chí Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. “Một tin rất tốt là số lượng siêu tân tinh mà chúng ta thấy với Spitzer là phù hợp về mặt thống kê với các dự đoán lý thuyết.”

“Nghịch lý siêu tân tinh” – sự chênh lệch giữa số lượng siêu tân tinh được dự đoán và số lượng quan sát bằng kính thiên văn quang học – không phải là vấn đề trong vũ trụ gần đó. Ở đó, các thiên hà đã làm chậm tốc độ hình thành sao và nhìn chung ít bụi hơn. Tuy nhiên, ở những vùng xa hơn của vũ trụ, các thiên hà có vẻ trẻ hơn, tạo ra các ngôi sao với tỷ lệ cao hơn và có xu hướng chứa lượng bụi lớn hơn. Bụi này hấp thụ và tán xạ ánh sáng quang học và tia cực tím, ngăn cản nó tới kính thiên văn. Vì vậy, các nhà nghiên cứu từ lâu đã lý luận rằng các siêu tân tinh bị mất tích phải tồn tại và không thể nhìn thấy được.

Fox cho biết: “Bởi vì vũ trụ địa phương đã tĩnh lại một chút kể từ những năm đầu hình thành sao, chúng tôi thấy số lượng siêu tân tinh dự kiến ​​với các tìm kiếm quang học điển hình. “Tuy nhiên, tỷ lệ phát hiện siêu tân tinh quan sát được giảm khi bạn di chuyển xa hơn và quay trở lại thời kỳ vũ trụ khi các thiên hà bụi nhất chiếm ưu thế.”

Việc phát hiện các siêu tân tinh ở khoảng cách xa như vậy có thể là một thách thức. Để tiến hành tìm kiếm siêu tân tinh được bao quanh bởi các thế giới thiên hà bí ẩn nhưng ở khoảng cách ít cực hơn, nhóm của Fox đã chọn một nhóm địa phương gồm 40 thiên hà bị nghẹt bụi, được gọi là thiên hà hồng ngoại sáng và siêu sáng (tương ứng là LIRG và ULIRG). Bụi trong LIRGs và ULIRGs hấp thụ ánh sáng quang học từ các vật thể như siêu tân tinh nhưng cho phép bức xạ hồng ngoại từ những vật thể tương tự này đi qua mà không bị cản trở cho đến khi các kính thiên văn như Spitzer có thể phát hiện ra nó.

Linh cảm của các nhà nghiên cứu đã được chứng minh là đúng khi năm siêu tân tinh chưa từng thấy xuất hiện trong ánh sáng (hồng ngoại). Fox nói: “Đó là một bằng chứng cho tiềm năng khám phá của Spitzer rằng kính thiên văn có thể thu được tín hiệu siêu tân tinh tinh vi từ những thiên hà đầy bụi này.

Đồng tác giả nghiên cứu Alex Filippenko, giáo sư thiên văn học tại đại học California, Berkeley. “Họ đã giúp trả lời câu hỏi ‘Tất cả các siêu tân tinh đã biến đi đâu?’ “

Các loại siêu tân tinh mà Spitzer phát hiện được gọi là “siêu tân tinh sụp đổ cơ bản”, bao gồm những ngôi sao khổng lồ có khối lượng ít nhất gấp tám lần khối lượng của Mặt trời. Khi chúng già đi và lõi của chúng chứa đầy sắt, các ngôi sao lớn không còn có thể tạo ra đủ năng lượng để chịu được lực hấp dẫn của chính chúng, và lõi của chúng sụp đổ đột ngột và thảm khốc.

Các áp suất và nhiệt độ cường độ cao được tạo ra trong quá trình đẻ nhanh chóng tạo thành các nguyên tố hóa học mới thông qua phản ứng tổng hợp hạt nhân. Các ngôi sao bị sụp đổ cuối cùng bật ra khỏi lõi siêu dày đặc của chúng, tự thổi tung chúng thành những mảnh nhỏ và phân tán những nguyên tố đó ra khắp không gian. Các siêu tân tinh tạo ra các nguyên tố “nặng”, giống như hầu hết các kim loại. Những yếu tố này rất cần thiết cho việc xây dựng các hành tinh đá, như Trái đất, cũng như các sinh vật sinh học. Nói chung, tỷ lệ siêu tân tinh là một kiểm tra quan trọng đối với các mô hình hình thành sao và sự hình thành các nguyên tố nặng trong vũ trụ.

Fox nói: “Nếu bạn có dấu hiệu cho thấy có bao nhiêu ngôi sao đang hình thành, bạn có thể dự đoán bao nhiêu ngôi sao sẽ phát nổ. “Hoặc ngược lại, nếu bạn có dấu hiệu về số lượng ngôi sao đang phát nổ, bạn có thể dự đoán có bao nhiêu ngôi sao đang hình thành. Hiểu được mối quan hệ này là rất quan trọng đối với nhiều lĩnh vực nghiên cứu trong vật lý thiên văn.”

Các kính thiên văn thế hệ tiếp theo, bao gồm Kính viễn vọng Không gian Roman Nancy Grace của NASA và Kính viễn vọng Không gian James Webb, sẽ phát hiện ánh sáng hồng ngoại, giống như Spitzer.

Fox cho biết: “Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy các mô hình hình thành sao phù hợp với tỷ lệ siêu tân tinh hơn những gì chúng tôi nghĩ trước đây. “Bằng cách tiết lộ những siêu tân tinh ẩn này, Spitzer đã mở đường cho những loại khám phá mới với kính viễn vọng không gian Webb và La Mã.”

Tham khảo: “A Spitzer Một cuộc khảo sát về các siêu tân tinh bị bụi che khuất ”của Uri de Vox, Harish Khandrika, David Rubin, Chadwick Casper, Gary Z Lee, Tamas Szalay, Lee Armos, Alexei V. Filipenko, Michael F. Skrutsky, Lou Strulger và Schuyler de Van Dyck, 21 tháng 6 năm 2021 và Thông báo hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia.
DOI: 10.1093 / mnras / đâm1740

Thông tin thêm về nhiệm vụ

Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực của NASA ở Nam California đã tiến hành các hoạt động sứ mệnh và chỉ huy sứ mệnh Kính viễn vọng Không gian Spitzer cho Ban Giám đốc Sứ mệnh Khoa học của cơ quan này ở Washington. Các hoạt động khoa học được tiến hành tại Trung tâm Khoa học Spitzer thuộc Viện Công nghệ California ở Pasadena. Các hoạt động của tàu vũ trụ được đặt tại Lockheed Martin Space ở Littleton, Colorado. Dữ liệu được lưu trữ trong Kho lưu trữ Khoa học Hồng ngoại đặt tại IPAC tại Viện Công nghệ California. Caltech chạy Phòng thí nghiệm lực đẩy phản lực đến NASA.