JWST помог восстановить 3D-карту взрывного синтеза в сверхновой 2024ggi

Международная группа астрофизиков представила результаты анализа оптических и инфракрасных спектров сверхновой типа II SN 2024ggi, полученных с помощью наземных инструментов и космического телескопа James Webb (JWST) на стадиях от 265 до 400 дней после вспышки. Исследование опубликовано в репозитории arXiv.

В ближнем и среднем инфракрасном диапазоне учёные зафиксировали разнообразные морфологии эмиссионных линий элементов группы железа. В линиях [Ni I] на 3.119 и 11.998 мкм, [Fe II] на 1.644 и 17.931 мкм, а также [Co I] на 12.255 мкм наблюдались профили с двойными пиками. В то же время линии [Ni II] на 1.939 мкм, [Co II] на 10.520 мкм и [Ni I] на 7.505 и 11.304 мкм имели гауссову форму.

Такое различие, по мнению авторов, свидетельствует о химической неоднородности и сферически-асимметричной ионизации внутренних выбросов сверхновой. Это согласуется с эффектом «пузыря 56Ni» — радиоактивный никель нагревает окружающий газ, создавая неоднородности. Моделирование профилей с двойными пиками показало, что распределение вещества в выбросах имеет полярные уплотнения: для богатого никелем, кобальтом и железом материала коэффициент асимметрии достигает 7, для элементов промежуточных масс — около 2.

Оценки в рамках локального термодинамического равновесия дают массу стабильного никеля порядка 1.3?10?? масс Солнца. Однако электронные плотности вблизи критических значений указывают на отклонение от LTE. Сравнение с моделями переноса излучения в условиях неравновесия (non-LTE) указывает на массу предшественницы от 12 до 15.2 масс Солнца.

Исследователи разработали простой метод сопоставления распределения элементарных масс с проекцией скорости, который воспроизводит профили линий, получаемые в полных радиационных расчётах. Применив этот подход к трёхмерным моделям взрывов с нейтринным движущим механизмом, они предсказали профили эмиссии никеля для разных углов обзора. Оказалось, что только энергичные трёхмерные модели взрывов массивных предшественниц воспроизводят наблюдаемую степень перемешивания никеля в SN 2024ggi. Это вступает в противоречие с оценками массы предшественницы, полученными из одномерных моделей переноса излучения.

Результаты демонстрируют, что разрешённые инфракрасные линии в туманной фазе сверхновых являются прямым инструментом для изучения трёхмерного распределения вещества, синтезированного при взрыве коллапсирующих звёзд. Дальнейшие наблюдения JWST позволят уточнить модели взрывов и нуклеосинтеза.