처음으로 별 폭발의 초기 순간을 포착했습니다.

국제적인 천문학자 팀이 처음으로 초신성의 초기 및 일시적인 단계를 관찰했습니다. 이 특이한 상황을 통해 우리는 이러한 유형의 별이 큰 폭발로 죽는 과정을 자세히 알 수 있었습니다. 일련의 빠른 관찰에 감사드립니다. 매우 큰 망원경 (VLT)가 이번 목요일 잡지에 게재되었습니다. 과학적 진보과학자들은 최초의 폭발이 올리브처럼 형성되었다가 납작해져서 우주 공허 속으로 물질을 방출하는 과정을 기록했습니다.

더 큰 망원경은 일반적으로 폭발이 이미 물질을 찢고 죽어가는 별을 감싸는 초기 감지 후 몇 시간 만에 초신성을 목표로 삼습니다. 이 기회에 2024년 4월 10일 밤, 중국 베이징 소재 칭화대학교 이양(Yi Yang) 조교수 팀은 VLT를 사용해 하늘의 해당 지역에 대한 신속한 관측을 요청하는 반사신경을 가졌습니다.

SN 2024ggi 초신성 폭발이 발견되었을 때 양씨는 긴 비행 끝에 샌프란시스코에 착륙했고 빨리 행동해야 한다는 것을 깨달았습니다. 12시간 후 ESO에 관측 제안서를 제출했는데, ESO는 매우 빠른 승인 과정을 거쳐 최초 탐지 26시간 후인 4월 11일 칠레의 VLT 망원경으로 초신성을 겨냥했습니다.

가속물질

초신성 SN 2024ggi는 은하 NGC 3621에 위치하며 히드라 별자리 방향으로 불과 2200만 광년 떨어져 있습니다. 대형 망원경과 올바른 장비를 갖춘 국제 팀은 폭발이 발생한 직후에 폭발의 형태를 밝혀낼 수 있는 특별한 기회가 있다는 것을 알았습니다. 이번 연구의 공동저자이자 독일 ESO의 천문학자인 디트리히 바데(Dietrich Bade)는 “첫 번째 VLT 관측에서는 별 중심 근처에서 폭발로 인해 가속된 물질이 별 표면을 통과할 때의 위상을 포착했습니다.”라고 말했습니다. “몇 시간 동안 별의 기하학적 구조와 폭발을 동시에 관찰할 수 있었습니다.”

첫 번째 VLT 관측에서는 별의 중심 폭발로 인해 위상이 가속화되어 별 표면을 통과하는 것으로 나타났습니다.

디트리히 바데
— 독일 ESO의 천문학자이자 이번 연구의 공동 저자입니다.

충격파가 표면을 통과할 때 많은 양의 에너지를 방출하기 때문에 이 순간은 매우 중요합니다. 초신성은 너무 극적으로 밝아서 세세한 부분까지 관찰할 수 없습니다. 폭발이 죽어가는 별 주변의 물질과 상호 작용하기 전에 짧은 시간 안에 초신성의 초기 “분열” 모양을 연구할 수 있습니다.

“초신성 폭발의 기하학은 별의 진화와 이러한 우주 광경을 일으키는 물리적 과정에 대한 기본적인 정보를 제공합니다”라고 Yang은 설명합니다. 태양 질량의 8배가 넘는 거대한 별의 초신성 폭발의 기초가 되는 정확한 메커니즘은 여전히 ​​논쟁의 여지가 있으며 과학자들이 해결하고자 하는 근본적인 질문 중 하나입니다. 이 초신성의 조상은 질량이 태양의 12~15배이고 반경이 500배 더 큰 적색 초거성으로, SN 2024ggi는 거대한 별 폭발의 가장 좋은 예입니다.

별의 “붕괴”

우리는 보통의 별이 그것을 압축하려는 중력과 그것을 팽창시키려는 원자력 엔진의 압력 사이의 매우 정확한 균형의 결과로 일생 동안 구형 모양을 유지한다는 것을 알고 있습니다. 마지막 연료원이 고갈되면 원자력 엔진이 고장나기 시작합니다. 거대한 별의 경우 이는 초신성의 시작을 의미합니다. 죽어가는 별의 핵이 붕괴되고 주변 질량 층이 그 위로 떨어져 다시 튀어 나옵니다. 이 충격파는 외부로 전파되어 별을 분해합니다.

천문학자들은 분광편광법(spectro polarimetry)이라는 기술을 사용하여 처음으로 초신성의 초기 “분열” 형태를 관찰할 수 있었습니다. 이 기술은 각도 스케일이 너무 작기 때문에 다른 유형의 관찰로는 제공할 수 없는 폭발의 기하학적 구조에 대한 정보를 제공한다고 공동 저자이자 미국 교수인 리판 왕(Lifan Wang)이 말했습니다. 폭발하는 별은 단일 지점으로 보이지만 빛의 편광에는 팀이 해독할 수 있는 기하학에 대한 숨겨진 단서가 포함되어 있습니다.

이러한 발견은 많은 무거운 별들의 폭발을 담당하는 일반적인 물리적 메커니즘을 나타내며, 이는 잘 정의된 축 대칭을 나타내며 대규모로 작동합니다.

이양
— 베이징 칭화대학교 교수이자 이번 연구의 주 저자이다.

이를 위해 그들은 VLT에 설치된 FORS2 장비를 사용했는데, 그 결과 물질의 초기 폭발이 감람석 모양이었다는 것이 밝혀졌습니다. 폭발이 바깥쪽으로 퍼져나가 별 주위의 물질과 충돌하면서 모양은 납작해지지만, 분출된 물질의 대칭축은 그대로 유지된다. “이러한 발견은 잘 정의된 축 대칭을 나타내고 대규모로 작동하는 많은 거성 폭발을 주도하는 일반적인 물리적 메커니즘을 암시합니다.”라고 Yang은 강조합니다.

이 지식을 통해 천문학자들은 현재 존재하는 일부 초신성 모델을 폐기하고 다른 모델을 개선하기 위한 새로운 정보를 추가하여 거대한 별의 폭력적인 죽음에 대한 통찰력을 제공할 수 있습니다. 공동 저자이자 ESO 천문학자인 페르디난도 파타트(Ferdinando Patat)는 “이 발견은 별 폭발에 대한 우리의 이해를 재정의할 뿐만 아니라 과학이 한계를 뛰어 넘을 때 무엇을 얻을 수 있는지 보여줍니다”라고 말했습니다. “호기심, 협력, 빠른 행동이 우리 우주를 형성하는 물리학에 대한 깊은 통찰력을 드러낼 수 있다는 점을 강력히 상기시켜 줍니다.”

“환상적인 직업”

안달루시아 천체물리학 연구소(IAA)의 천체 물리학자인 미구엘 토레스(Miguel Torres)는 이것이 핵 붕괴로 형성된 초신성(IBC 및 II 유형)의 물리학에 큰 영향을 미치는 “환상적이고 귀중한 연구”라고 평가합니다. “ESO가 그들에게 시간을 주고 즉시 대응하지 않았다면 이 과학은 획득되지 못했을 것입니다”라고 그는 강조합니다.

ESO가 그들에게 시간을 주지 않고 즉시 대응하지 않았다면 이 과학은 획득되지 못했을 것입니다.

마이클 토레스
— 안달루시아 천체물리학 연구소(IAA)의 천문학자.

전문가들에게 초신성 폭발 후 몇 시간 후에 편광에 대한 이러한 연구는 여전히 구형 대칭을 말하는 폭발 모델의 관에 최종 못을 박았습니다. “선호되는 모델은 증폭된 자기장이 붕괴되는 핵의 회전축을 따라 물질을 운반하는 자기 회전 과정을 인용하는 모델인 것 같습니다.”라고 Torres는 말합니다.

카나리아 제도 천체 물리학 연구소(IAC)의 연구원인 Jonay González는 폭발 후 약 200~300일까지 초신성을 관측하는 것이 얼마나 큰 가치가 있는지 강조합니다. “이 경우 분광편광측정법(spectro polarimetry)이라는 기술을 사용하여 3차원 폭발의 기하학에 대한 정보를 얻었습니다.”라고 그는 지적합니다. “그 덕분에 그들은 폭발이 어떻게 생겼는지 이해하고 폭발이 어떻게 일어나는지에 대한 정보를 추출할 수 있습니다.” 별의 붕괴를 방지하고 외부 파면을 생성하는 정확한 메커니즘은 아직 완전히 이해되지 않았다고 그는 지적합니다.

항성 폭발의 첫 시간에 대한 3차원 기하학을 재구성함으로써 그들은 이 경우가 비대칭 폭발이었다는 것을 알 수 있었습니다.

루이스 갈바니
— ICE-CSIC의 천문학자

ICE-CSIC의 천문학자인 Luis Galbani도 우리가 특이한 관측을 다루고 있다고 믿습니다. “과학적인 목표는 물체가 붕괴되고 방출된 후 초기 구형 별의 기하학을 분석하는 것이었습니다.”라고 그는 말합니다. 알려지지 않은 것은 폭발이 별과 동일한 회전 타원체를 유지하면서 대칭적으로 진화했는지 아니면 반대로 선호하는 축(감람석 모양)을 따랐는지 여부입니다.

전문가는 “항성 폭발이 일어난 첫 시간의 3차원 기하학을 재구성함으로써 그들은 이 경우 비대칭 폭발이었다는 것을 알 수 있었다”고 말했다. “이것은 모든 초신성이 이와 같다는 것을 의미하지는 않지만 모든 폭발이 완벽하게 대칭이라는 이론적 아이디어를 깨뜨립니다.” 간단히 말해서 Galbani는 “이 발견은 거대한 별이 어떻게 붕괴되고 우주를 풍요롭게 하는 무거운 원소를 전달하는 방법에 대한 우리의 이해를 변화시킵니다.”라고 결론지었습니다.