Gdy fala uderzeniowa supernowej dociera do powierzchni gwiazdy…

Jasny rozbłysk fali uderzeniowej w eksplodującej gwieździe, tzw. shock breakout – został zaobserwowany po raz pierwszy w zakresie optycznym przez poszukujący planet pozasłonecznych Kosmiczny Teleskop Kepler.

Międzynarodowy zespół naukowy pracujący pod kierownictwem Petera Garnavicha, profesora astrofizyki z University of Notre Dame w Indiana, przeanalizował dane rejestrowane przez teleskop Kepler co 30 minut w okresie trzech lat, obejmujące promieniowanie 500 odległych galaktyk, a tym samym około 50 bilionów gwiazd.  Naukowcy poszukiwali oznak eksplozji kończących życie masywnych gwiazd czyli eksplozji supernowych.

W 2011 roku dwie takie masywne gwiazdy – czerwone nadolbrzymy – wybuchły w polu widzenia teleskopu Kepler. Pierwszy kolos – KSN 2011a o rozmiarach 300 razy większych od Słońca znajduje się 700 milionów lat świetlnych od Ziemi. Drugi, KSN 2011d rozmiarami 500-krotnie przewyższa Słońce i znajduje się 1.2 miliarda lat świetlnych od Ziemi.

„Jeżeli umieścilibyśmy te gwiazdy w miejscu Słońca, to orbita Ziemi znalazłaby się w ich wnętrzu,” powiedział Garnavich.

Niezależnie czy jest to katastrofa lotnicza, wypadek samochodowy czy wybuch supernowej, uchwycenie momentu gwałtownego, katastroficznego zjawiska jest ekstremalnie trudne, choć niesamowicie pomocne w zrozumieniu powodów tego zjawiska. Bezustanne wpatrywanie się teleskopu Keplera w jedno miejsce na niebie pozwoliło w końcu astronomom zaobserwować falę uderzeniową supernowej, gdy właśnie docierała do powierzchni gwiazdy. Samo wyjście fali uderzeniowej z gwiazdy trwa około 20 minut, więc uchwycenie tego błysku energii to milowy krok dla astronomów.

„Aby zobaczyć coś co będzie trwało zaledwie kilka-kilkanaście minut, jak np. wyjście fali uderzeniowej w supernowej, trzeba posiadać kamerę bezustannie wpatrzoną w ten region nieba,” mówi Garnavich. „Nigdy nie wiadomo kiedy dojdzie do eksplozji, ale czujność Keplera pozwoliła nam zaobserwować sam początek tej eksplozji.”

Diagram przedstawia jasność supernowej w stosunku do jasności Słońca. Po raz pierwszy udało się zaobserwować błysk fali uderzeniowej docierającej do powierzchni gwiazdy, w zakresie optycznym. Śmierć gwiazdy KSN 2011d trwała 14 dni. Jednak wyjście fali uderzeniowej trwa zaledwie około 20 minut. Uchwycenie tego momentu stanowi potężny krok milowy dla astronomii. Źródło: NASA Ames/W. Stenzel
Diagram przedstawia jasność supernowej w stosunku do jasności Słońca. Po raz pierwszy udało się zaobserwować błysk fali uderzeniowej docierającej do powierzchni gwiazdy, w zakresie optycznym. Śmierć gwiazdy KSN 2011d trwała 14 dni. Jednak wyjście fali uderzeniowej trwa zaledwie około 20 minut. Uchwycenie tego momentu stanowi potężny krok milowy dla astronomii. Źródło: NASA Ames/W. Stenzel

Supernowe tego typu – znane jako supernowe typu II – wybuchają w momencie gdy wewnętrzny piec gwiazdy wyczerpuje wszystkie zapasy paliwa jądrowego i dochodzi do kolapsu jądra gwiazdy.

Obie supernowe zgadzają się z modelami matematycznymi eksplozji typu II, co jedynie potwierdza obecnie przyjęte teorie. Jednocześnie odkryły przed nami nieoczekiwaną różnorodność pojedynczych szczegółów tych kataklizmicznych wybuchów.

Chociaż obie gwiazdy uwolniły zbliżoną ilość energii, w mniejszej z nich nie zauważono wyjścia fali uderzeniowej. Naukowcy uważają, że odpowiedzialny za to może być obłok gazu osłaniający gwiazdę, który mógł być wystarczająco gęsty, aby zasłonić falę uderzeniową, kiedy dotarła do powierzchni gwiazdy.

„Te wyniki stanowią ogromną zagadkę,” mówi Garnavich. „Patrzymy na dwie supernowe i widzimy dwie różne rzeczy. To niesamowite.”

Zrozumienie fizyki leżącej u podstaw tych gwałtownych zjawisk pozwoli naukowcom lepiej zrozumieć w jaki sposób ziarna chemicznej różnorodności i samego życia rozprzestrzeniały się w przestrzeni i czasie w Drodze Mlecznej.

„Wszystkie ciężkie pierwiastki we Wszechświecie pochodzą z eksplozji supernowych. Dla przykładu, całe srebro, nikiel i miedź na Ziemi i w naszych ciałach pochodzą z wybuchów supernowych,” mówi Steve Howell, naukowiec projektu Kepler i misji K2 z NASA Ames Research Center w Dolinie Krzemowej. „Życie istnieje dzięki supernowym.”

kepler-snburp-point1second-nograph-1280x720-shorter-10lossy

Garnavich jest członkiem zespołu naukowego znanego jako Kepler Extragalactic Survey (KEGS). Aktualnie zespół kończy analizę danych z głównej misji teleskopu Kepler, która zakończyła się w 2013 roku wraz z awarią kół zamachowych, które stabilizowały teleskop w przestrzeni. Niemniej jednak dzięki ponownemu uruchomieniu teleskopu Kepler w ramach misji K2, na bieżąco zespół skanuje kolejne dane w poszukiwaniu supernowych w kolejnych, jeszcze odleglejszych galaktykach.

Artykuł opisujący powyższe odkrycia został zaakceptowany do publikacji w periodyku Astrophysical Journal.

 

 

Komentarze

comments