Наднові — це маяки, за якими астрономи можуть простежувати долю масивних зірок у різні епохи існування Всесвіту. Чим далі вибух, тим складніше його впіймати: світло слабшає, а спектральні лінії зміщуються так далеко в інфрачервоний діапазон, що для наземних телескопів вони практично невидимі. Саме тому відкриття SN 2023aeaf стало можливим лише завдяки JWST — телескопу, побудованому для роботи в інфрачервоному світлі.
Об'єкт знайшли в рамках огляду COSMOS-Web — масштабної програми JWST, яка регулярно фотографує одну й ту саму ділянку неба, щоб фіксувати зміни яскравості галактик і шукати короткочасні спалахи. SN 2023aeaf виявилася одним із найдальших спектроскопічно підтверджених вибухів такого типу — світло від неї йшло до Землі понад 11,5 мільярда років.
Дві фотографії замість спектра
Класифікувати наднову зазвичай допомагає спектр — розклад світла на довжини хвиль, які видають хімічний склад і фізику вибуху. Але для об'єктів на такій відстані отримати якісний спектр складно навіть Джеймсу Веббу.
Тому дослідники скористалися іншим методом: порівняли два знімки JWST, зроблені з інтервалом близько місяця у системі відліку самої наднової (з урахуванням розтягування часу через розширення Всесвіту реальний проміжок між знімками з точки зору земного спостерігача був довшим). Зміну яскравості між цими епохами зіставили з моделями кривих блиску наднових різних типів, а також з архівними ультрафіолетовими спостереженнями наднових телескопом Swift.
Результат вказав на наднову типу II — вибух, який стається, коли масивна зірка вичерпує паливо в ядрі, і воно колапсує під власною гравітацією. Порівняння з моделями показало, що дані найкраще узгоджуються з прогенітором масою близько 12 сонячних мас, оточеним приблизно 0,5 сонячної маси навколозоряної речовини — газу, викинутого зіркою ще до вибуху.
Чому спектр мовчить
Через приблизно 30 днів після виявлення (знову ж у системі відліку наднової) команда все-таки отримала спектр об'єкта разом із галактикою-хазяйкою. Але чітких ознак самого вибуху в ньому не виявили.
Найімовірніше пояснення — сильна емісія водню (лінія Hα), яка йде від галактики-хазяйки і просто перекриває слабший сигнал наднової. Це типова проблема для далеких вибухів: чим молодша й активніша галактика, тим яскравіше вона світить у власних емісійних лініях, ускладнюючи виділення сигналу самої наднової.
Через обмежену кількість спостережних епох дослідники не змогли жорстко обмежити параметри вибуху — маса прогенітора та кількість навколозоряної речовини залишаються оцінками, а не точними вимірюваннями.
Галактика на межі молодого Всесвіту
Модель спектральної енергетичної розподілу галактики-хазяйки (побудована за допомогою баєсівського інструменту Prospector) показала, що це активно зореутворювальна система зі зоряною масою близько мільярда сонячних мас і низькою металічністю — вмістом важких елементів помітно нижчим за сонячний.
Такий портрет узгоджується із загальною тенденцією, яку JWST починає виявляти серед наднових з колапсом ядра в ранньому Всесвіті: вони частіше трапляються у яскравих, бідних на метали галактиках із щільними оболонками навколозоряного газу. Низька металічність впливає на те, як зірки втрачають масу протягом життя, а це, своєю чергою, позначається на тому, які наднові вони породжують.
SN 2023aeaf поповнює невелику, але поступово зростаючу вибірку наднових раннього космосу, знайдених JWST. Кожен новий випадок додає деталей до картини того, як масивні зірки народжувалися, жили та гинули в перші кілька мільярдів років після Великого вибуху — в епоху, яка донедавна була для астрономів практично недоступною для прямих спостережень окремих зоряних смертей.
