Pobliska eksplozja masywnej gwiazdy 30 mln lat temu

Masywna gwiazda, która eksplodowała 30 milionów lat temu była jedną z nabliższych Ziemi supernowych w ostatnich latach - mówią astrofizycy z Southern Methodist University w Dallas. Widoczna była jako punkt światła na nocnym niebie. Powyższy wykres supernowej 2013ej przedstawia gwiazdę tuż przed eksplozją. Źródło: Govinda Dhungana, SMU
Masywna gwiazda, która eksplodowała 30 milionów lat temu była jedną z najbliższych Ziemi supernowych w ostatnich latach – mówią astrofizycy z Southern Methodist University w Dallas. Widoczna była jako punkt światła na nocnym niebie. Powyższy wykres supernowej 2013ej przedstawia gwiazdę tuż przed eksplozją. Źródło: Govinda Dhungana, SMU

Olbrzmia gwiazda, która eksplodowała 30 milionów lat temu w pobliskiej galaktyce tuż przed przejściem w stadium supernowej miała promień 200 razy większy od promienia Słońca – twierdzą astrofizycy z Southern Methodist University w Dallas.

Gwałtowna eksplozja wyrzuciła na zewnątrz materię gwiezdną z prędkością 10 000 kilometrów na sekundę, czyli około 36 milionów kilometrów na godzinę,  mówi Govinda Dhungana, fizyk z SMU oraz główny autor nowego opracowania.

Kompleksowa analiza krzywej zmian blasku gwiazdy i widma pozwoliła na odczytanie nowych informacji o charakterze i gwałtownej śmierci wielu supernowych.

„Jest tak wiele cech, które możemy poznać analizując bardzo wczesne dane,” mówi Dhungana. „To była potężna, masywna gwiazda, spalająca ogromne ilości paliwa. Gdy osiągnęła punkt, w którym jej jądro nie było w stanie już zrównoważyć przyciągania grawitacyjnego, gwałtownie się zapadła i eksplodowała.”

Masywna eksplozja była jedną z najbliższych nam eksplozji ostatnich lat. Supernowa była widoczna jako punkt świetlny na niebie od 24 lipca 2013 roku – mówi Robert Kehoe, profesor fizyki SMU, który kieruje zespołem astrofizyków z SMU.

Eksplozja, oznaczona przez astronomów jako SN 2013ej, do której doszło w galaktyce znajdującej się w pobliżu Drogi Mlecznej uwolniła energię porównywalną do jednoczesnej detonacji 100 milionów Słońc.

Gwiazda była tylko jedną z miliardów gwiazd w galaktyce spiralnej M74 w Gwiazdozbiorze Ryb.

Uważana za bliską nam, jak na standardy supernowych, SN 2013ej  eksplodowała na tyle daleko, że promieniowanie eksplozji potrzebowało 30 milionów lat, aby dotrzeć do Ziemi. Z tej odległości nawet tak potężna eksplozja widoczna była jedynie za pomocą teleskopów.

Dhungana wraz ze współpracownikami przeanalizował SN 2013ej dzięki obszernym danym obserwacyjnym pochodzącym z siedmiu naziemnych teleskopów i teleskopu kosmicznego Swift. Dane obejmują okres czasu od momentu sprzed pojawienia się supernowej w lipcu 2013 roku do ponad 450 dni po eksplozji.

Zespół był w stanie zbadać ewoluującą temperaturę, masę, promień i obfitość różnych pierwiastków w supernowej i jej odległość od Ziemi. Oprócz tego, udało się oszacować moment wyjścia fali uderzeniowej na zewnątrz gwiazdy, jasny rozbłysk fali uderzeniowej.

Pierwotna masa gwiazdy wynosiła około 15 mas Słońca, mówi Dhungana. Temperatura na jej powierzchni wynosiła 12 000 K dziesiątego dnia po eksplozji i opadała do 4500 K w 50. dniu po wybuchu. Dla porównania, temperatura na powierzchni Słońca to 5800 K, a temperatura jądra Ziemi szacowana jest na 6000 K.

Nowe pomiary opublikowano tutaj w majowym wydaniu periodyku Astrophysical Journal.

Do eksplozji supernowych dochodzi w całym Wszechświecie, jednak wciąż nie mamy pełnego obrazu takiej eksplozji. Naukowcy nie obserwują bezpośrednio początku eksplozji, a jedynie wykrywają zmiany jasności spowodowane wyrzucenie materii z eksplodującej gwiazdy na kilka sekund i dni po eksplozji.

Teleskopy takie jak robotyczny teleskop ROTSE-IIIb w Obserwatorium McDonalda w Teksasie wpatrują się w niebo i rejestrują punktów światła o rosnącej jasności.Takie, jak chociażby teleskop Hobby Eberly, obserwują ich widmo.

SN 2013ej to trzecia supernowa w galaktyce M74 w ostatnich 10 latach.To dosyć wysoka częstotliwość w porównaniu do Drogi Mlecznej, w której zaobserwowano zaledwie jedną supernową w ostatnich 400 latach. NASA szacuje, że w galaktyce M74 znajduje się około 100 miliardów gwiazd.

Zdjęcie przedstawia supernową SN 2013ej w momencie maksymalnej jasności. Źródło: Govinda Dhungana, SMU
Zdjęcie przedstawia supernową SN 2013ej w momencie maksymalnej jasności. Źródło: Govinda Dhungana, SMU

M74 to jedna z pierwszych kilkudziesięciu galaktyk skatalogowanych przez Charlesa Messiera pod koniec XVIII wieku. Charakteryzuje się budową spiralną – podobną do Drogi Mlecznej – co wskazuje, że nadal zachodzą w niej procesy gwiazdotwórcze, w przeciwieństwie do galaktyk eliptycznych, w których już nie powstają nowe gwiazdy.

Całkiem możliwe, że wokół gwiazdy, która eksplodowała jako SN 2013ej, krążyły planety. Jeżeli tak było, tego typu obiekty zostałyby unicestwione przez eksplozję, zauważa Kehoe.

„Gdyby ktoś znajdował się w pobliżu tego wybuchu, nawet na moment przed eksplozją nie wiedziałby o zbliżającej się katastrofie, bowiem na powierzchni gwiazdy nie widać skutków wzrostu temperatury jądra, a następnie jego kolapsu,” mówi Kehoe. „Nagle gwiazda eksploduje – i już jesteśmy upieczeni.”

„Kolaps jądra i sposób w jaki prowadzi on do eksplozji jest szczególnie zagadkowy,” mówi Kehoe. „Dzięki takim obiektom jak SN 2013ej astronomowie są w stanie porównać różne modele, aby zrozumieć co się tak naprawdę dzieje. Dzięki temu, otrzymaliśmy nowy typ obiektów, które pozwolą nam badać wszechświat w większej skali, a kiedyś być może nawet ciemną energię.”

Znajdująca się 30 milionów lat świetlnych od Ziemi SN 2013ej to stosunkowo bliskie nam zjawisko pozagalaktyczne – mówi Jozsef Vinko, astrofizyk z Obserwatorium Konkoly oraz Uniwersytetu w Szeged na Węgrzech.

„Odległości do pobliskich galaktyk odgrywają istotną rolę w tworzeniu tak zwanej drabinki odległości.”

Vinko dostarczył ważnych danych z teleskopów należących do Obserwatorium Konkoly oraz Obserwatorium Baja oraz wykonał pomiary odległości do SN 2013ej.

„Pobliskie supernowe są szczególnie istotne,” mówi Vinko. „Paradoksem jest fakt, że odległości do najbliższych galaktyk znamy gorzej niż do dalszych obiektów. W tym konkretnym wypadku mamy możliwość połączenia obszernych danych dotyczących SN 2013ej z danymi dotyczącymi SN 2002ap – innej supernowej, do której także doszło w M74. Dzięki temu możemy znacznie zmniejszyć niepewność odległości.”

Analiza widma SN 2013ej w zakresie od ultrafioletu do podczerwieni wskazuje, że światło z eksplozji dotarło do Ziemi 23 lipca 2013 roku. Supernowa odkryta została 25 lipca 2013 roku przez KAIT (Katzman Automatic Imaging Telescope) znajdujący się w Obserwatorium Lick w Kalifornii. Analiza zdjęć zarejestrowanych przez teleskop ROTSE-IIIb wskazuje, że ten teleskop robotyczny wykrył supernową kilka godzin wcześniej.

„W obserwacjach widać gwałtownie jaśniejącą supernową, która rozpoczęła się zaledwie 20 godzin wcześniej,” mówi Dhungana.

Tak jak wiele innych, SN 2013ej to supernowa typu II, tzn. że dochodzi do niej gdy w jądrze gwiazdy znajduje się już tylko żelazo, brakuje paliwa do dalszych procesów jądrowych i jądro gwiazdy się zapada. W ciągu 1/4 sekundy gwiazda eksploduje.

Masywne gwiazdy żyją znacznie krócej niż ich mniejsze kuzynki.

„Gwiazda, która eksplodowała jako SN 2013ej, prawdopodobnie istniała kilkadziesiąt milionów lat,” mówi Kehoe. „We wszechświecie to zaledwie mrugnięcie okiem, dużo mniej niż przeciętna długość życia gwiazd podobnych do Słońca, które mogą żyć miliardy lat. Chociaż masywne gwiazdy są dużo większe i mają większe ilości paliwa, spalają je znacznie szybciej od mniejszych gwiazd.”

Przez większość krótkiego życia SN 2013ej we wnętrzu zachodziły procesy fuzji wodoru w hel, który następnie ulegał fuzji przez kilkaset tysięcy lat, potem przyszedł czas na fuzję węgla i tlenu przez kilkaset dni, wapnia przez kilka miesięcy i krzemu przez kilka dni.

Źródło: Southern Methodist University