عود الثقاب يشتعل من طرفيه. أولًا تشتعل الرأس، وبعد لحظة يلتهم اللهب عود الخشب نفسه. شيء مشابه ربما يحدث في بعض المستعرات العظمى من النوع Ia — لكن بدل عود الثقاب، قزم أبيض (نجم بحجم الأرض)، وبدل النار، انفجار نووي حراري.
في عام 2022، رصد الفلكيون المستعر الأعظم 2022an — وميض خافت يخفت بسرعة، يشبه أحداث النوع الفرعي 91bg. لكن في طيفه، في النطاق القريب من تحت الأحمر، اكتُشفت تفصيلة غير عادية: خط امتصاص ضيق عند طول موجة حوالي 1.037 ميكرومتر. استمر من اليوم 30 إلى اليوم 90 بعد ذروة السطوع. هذا الخط هو «بصمة إصبع» ذرات الهيليوم المتجهة نحونا بسرعة 13,000 كيلومتر في الثانية. للمقارنة: بهذه السرعة يمكن الوصول من الأرض إلى القمر في نصف دقيقة.
من أين جاء هذا الغاز؟ عادة في مثل هذه الأنظمة، يمكن أن يكون الهيليوم «مُجردًا» من سطح النجم المرافق. لكن عندها ستكون سرعته أقل بكثير — مثل الرياح، لا مثل الإعصار. هنا السرعات هائلة، وخط الهيليوم ضيق، وكأن المادة قُذفت في كتلة واحدة كثيفة. إذن، الهيليوم جزء من الانفجار نفسه، بقايا غير محترقة من الغلاف الخارجي للقزم الأبيض. هذا أول دليل مباشر على أن المستعرات العظمى من النوع 91bg يمكن أن تحتفظ بطبقات هيليوم، كما تتنبأ نماذج الانفجار المزدوج: أولًا ينفجر الغلاف الهيليومي الرقيق للنجم، ثم توقظ موجة الصدمة قلب الكربون.
يكشف الاكتشاف ثغرة في النظرية: الحسابات الحديثة للانفجار الهيليومي المزدوج لا تحاكي الأطياف في مراحل متأخرة مثل 2022an. الملاحظات سبقت النظرية. لكن التحليل الطيفي تحت الأحمر، القادر على النظر عبر الغبار والغاز، هو الأداة التي سمحت «بقراءة» تركيب المادة المقذوفة. يبدو أنه لفهم كيف تموت النجوم، يجب النظر إليها في الضوء غير المرئي للعين.
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2605.07827
We present optical and near-infrared observations of the fast-declining Type Ia supernova (SN Ia) 2022an. The photometric and spectroscopic properties identify it as a standard 91bg-like event; however, our data reveal a relatively narrow absorption feature with a full width at half maximum (FWHM) of 75 angstroms near $$1.037\,\mu$$m in the rest frame of the observed spectra that persists from around 30 days to nearly 90 days after maximum light. We attribute this feature to He I $$1.083\,\mu$$m line with a blueshifted velocity of $$1.3\times10^{4}$$ km s$$^{-1}$$ and a FWHM of $$2.1\times10^{3}$$ km s$$^{-1}$$, supported by the detection of multiple optical He I transitions in earlier epochs at a higher velocity around $$1.5\times10^{4}$$ km s$$^{-1}$$. The high velocity of the helium could not be explained by helium external to the progenitor at the explosion, such as the stripped surface helium from a companion star. The properties of the helium absorption in SN 2022an spectra instead point to unburnt material in the outer ejecta, thus providing the most compelling evidence to date for helium-bearing ejecta in a 91bg-like SN Ia. Such helium has been predicted for sub-Chandrasekhar-mass double-detonation explosions involving a surface helium shell. No theoretical calculations of modern helium-shell double detonation have been performed at epochs similar to those observed for SN 2022an to study the effect of helium on their spectra, revealing a gap between observations and theoretical calculations in understanding the manifestation of helium in SNe Ia. Nevertheless, the discovery of persistent helium absorption in SN 2022an demonstrates the diagnostic power of NIR spectroscopy for understanding thermonuclear supernova explosions by probing the abundance and structure of their ejecta.
خط الهيليوم الذي رآه الفلكيون عرضه 75 أنغستروم فقط — أي أرفع بحوالي 100 مرة من قطر شعرة الإنسان، لو استطعنا مدها عبر الطيف.