Zaglądając do wnętrza supernowej

Supernowa to potężny wybuch i zarazem śmierć masywnej gwiazdy. Supernowe to także dość tajemnicze obiekty, o których nadal nie wiemy zbyt wiele: z jednej bowiem strony rozumiemy, jak powstają, ale z drugiej - nie do końca rozumiemy przemiany chemiczne podczas tego procesu i nie umiemy dokładnie przewidzieć momentu eksplozji gwiazd supernowych. Czy najnowsze badania z udziałem ALMA coś zmienią?

Nowoczesne modele komputerowe tworzone z udziałem komputerów dużej mocy mogą dosyć dobrze odtworzyć to, co ma na przykład miejsce w przypadku supernowej SN 1987A, która wybuchła 30 lat temu. Supernowe mają to do siebie, że ich wybuchy są zawsze bardzo jasne - nawet wtedy, gdy widzimy je w odległych galaktykach, poza naszą Drogą Mleczną. Eksplozja może na krótką chwilę przyćmić wówczas nawet całą macierzystą galaktykę, przez co staje się jednym z najjaśniejszych obiektów na nocnym - a czasem i dziennym - niebie. Po tym początkowym okresie jasności blask takiego obiektu zaczyna stopniowo słabnąć, ale może to mieć miejsce na dwa różne i dość dobrze rozróżnialne sposoby. Oba prowadzą ostatecznie do unicestwienia dawnej gwiazdy.

Supernowa może na przykład prowadzić do "uśmiercenia" obu gwiazd - składników systemu podwójnego. Układy takie są w naszej Galaktyce bardzo powszechne i składają się z dwóch gwiazd, często o różnych masach i różnej budowie czy też wielkości. Naturalne jest, że wówczas jedna z takich gwiazd może jako pierwsza zbliżyć się do kresu swego istnienia. Jeśli jest to gwiazda podobna do Słońca, sama z siebie nie wybuchnie, ale będzie raczej przechodzić w stadium czerwonego olbrzyma, odrzucając stopniowo - i dość spokojnie - swe najbardziej zewnętrzne warstwy. Ostatecznie jej ogołocone z nich jądro skurczy się pod wpływem własnej grawitacji przy braku energii promienistej (jądrowej) rozpychającej je od środka, stając się bardzo gęstym obiektem - białym karłem. Tak gęsta gwiazda ma wówczas bardzo dużą grawitację, więc silnie oddziałuje na wszystko to, co jest w pobliżu - także na swego gwiazdowego towarzysza. Jeśli on sam jest wówczas z kolei na etapie życia czerwonego olbrzyma, znaczna część jego materiału przepływa na białego karła, a wówczas stan równowagi karła ulega zachwianiu, bowiem spływa na niego za wiele nowej materii. Może to doprowadzić do gwałtownej eksplozji, obserwowanej jako supernowa.

Ale może być i tak, że mamy po prostu do czynienia z jedną, bardzo dużą gwiazdą. Nie przechodzi ona wówczas - tak jak obiekty mniej lub bardziej podobne do Słońca - przez stadium czerwonego olbrzyma i białego karła. Tak masywne gwiazdy kończą swe życie nieco inaczej. Na pewnym etapie kończy im się po prostu paliwo jądrowe (wodór), a wówczas przestają być stabilne jako całość. Ich wewnętrzne obszary zapadają się gwałtownie, a ciągle wchodząca w reakcje jądrowe materia w warstwach zewnętrznych opada na kolapsujące jądro, po czym szybko odbija się od niego, również powodując eksplozję supernowej.

Wciąż jednak nie wiadomo za wiele na temat tego, co dzieje się w obu tych przypadkach we wnętrzach wybuchających gwiazd. Naukowcy sądzą, że tworzą się tam powszechnie pierwiastki cięższe od wodoru i helu, łącznie z tymi, które budują nasze ciała i ziemskie skały. Nic więc dziwnego, że supernowe z punktu widzenia nauki budzą tak wielkie zainteresowanie - chcemy wiedzieć, jak to wszystko się odbywa, bowiem pojawia się tu między innymi kwestia powstawania życia we Wszechświecie.

Supernowa z roku 1987 znajduje się stosunkowo blisko nas, w Wielkim Obłoku Magellana - małej galaktyce, która krąży wokół Drogi Mlecznej. To dobry obiekt do badań, bo dodatkowo supernowa ta nie podlega jak na razie znacznym wpływom swego kosmicznej otoczenia. A od jej wybuchu nie minęło bardzo wiele czasu. Astronomowie z Uniwersytetu w Virginii zbadali ten obiekt przy użyciu sieci radioteleskopów ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), która obserwuje niebo na falach submilimetrowych, dając przy tym obrazy o nieosiągalnej nigdy przedtem rozdzielczości. Wewnętrzne obszary SN 1987A nie dawały się dawniej zaobserwować ze względu na blokujące ich promieniowanie obłoki gazu i pyłu. ALMA potrafi jednak "zajrzeć" za takie przesłony i pokazać astronomom te szczegóły, które poprzednio nie były dostępne. Daje to możliwość stworzenia trójwymiarowej mapy rozkładu pierwiastków i cząsteczek dosłownie we wnętrzu pozostałości po supernowej. Warto dodać, że przez trzydzieści lat, jakie minęły od jej wybuchu, SN 1987A znacznie się ochłodziła i zaczęły się w niej tworzyć całkiem nowe cząsteczki.

Dziś wiemy już dokładnie, jakie. Jest ich wiele - są tam cząsteczki węgla, tlenu czy azotu, jak i bardziej złożone związki takie jak tlenek węgla, tlenek krzemu i formylium. Wiedza ta pozwoli naukowców ponownie ocenić i doprecyzować przemiany, jakie mogą zachodzić w tych obiektach. Być może supernowe są nawet bardziej efektywne w tworzeniu ciężkich pierwiastków i molekuł, niż dotychczas sądzono.

Czytaj więcej:
  • Cały artykuł
  • Film pokazujący wnętrze supernowej


Źródło: astronomy.com

Zdjęcie: obraz zarejestrowany przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a, ukazujący wnętrze supernowej 1987A. Naukowcy uważnie monitorują ten obiekt już od trzech dekad.
Źródło: NASA, ESA, R. Kirshner (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics and Gordon and Betty Moore Foundation), and M. Mutchler and R. Avila (STScI)