Międzynarodowy zespół astronomów ogłasza dziś, że zidentyfikowali prawdopodobną ocalałą gwiazdę towarzyszącą gigantycznej eksplozji supernowej obserwowanej w 1572 roku przez wielkiego duńskiego astronoma Tycho Brahe i innych astronomów tamtej epoki.
Odkrycie to jest pierwszym bezpośrednim dowodem potwierdzającym od dawna utrzymywane przekonanie, że supernowe typu Ia pochodzą z układów podwójnych gwiazd zawierających gwiazdę normalną i wypaloną gwiazdę białego karła. Normalna gwiazda rozlewa materiał na karła, co ostatecznie powoduje eksplozję.
Wyniki tych badań, prowadzonych przez Pilar Ruiz-Lapuente z Uniwersytetu w Barcelonie w Hiszpanii, są publikowane w brytyjskim czasopiśmie naukowym Nature z 28 października. „Nie było wcześniejszych dowodów wskazujących na jakąkolwiek konkretną gwiazdę towarzyszącą spośród wielu, które zostały zaproponowane. Tutaj zidentyfikowaliśmy wyraźną ścieżkę: gwiazda karmienia jest podobna do naszego Słońca, nieco bardziej starzona ”, mówi Ruiz-Lapuente. „Duża prędkość gwiazdy zwróciła na to naszą uwagę” - dodała.
Supernowe typu Ia są używane do mierzenia historii szybkości ekspansji wszechświata, a zatem mają podstawowe znaczenie dla pomocy astronomom w zrozumieniu zachowania ciemnej energii, nieznanej siły, która przyspiesza ekspansję wszechświata. Znalezienie dowodów potwierdzających teorię wybuchu supernowych typu Ia ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia astronomom, że obiekty można lepiej zrozumieć jako niezawodne kalibratory rozszerzania się przestrzeni.
Identyfikacja ocalałego członka gwiezdnego duetu brzmi jak opowieść z miejsca zbrodni. Mimo że dzisiejsi astronomowie przybyli na miejsce katastrofy 432 lata później, za pomocą astronomicznej medycyny sądowej złapali jednego ze sprawców uciekających z miejsca wybuchu (który jest teraz otoczony ogromną bańką gorącego gazu zwaną resztką supernowej Tycho) . Przez ostatnie siedem lat uciekająca gwiazda i jej otoczenie były badane za pomocą różnych teleskopów. Kosmiczny Teleskop Hubble'a odegrał kluczową rolę, precyzyjnie mierząc ruch gwiazdy na tle nieba. Gwiazda przełamuje ograniczenie prędkości dla tego regionu Galaktyki Drogi Mlecznej, poruszając się trzy razy szybciej niż otaczające ją gwiazdy. Jak kamień rzucony przez procę, gwiazda odleciała w kosmos, zachowując prędkość swojego ruchu orbitalnego, gdy układ został zakłócony przez eksplozję białego karła.
Samo to stanowi jedynie poszlakowy dowód, że gwiazda jest sprawcą, ponieważ istnieją alternatywne wyjaśnienia dla jej podejrzanego zachowania. Może wpaść z dużą prędkością z halo galaktycznego otaczającego dysk Drogi Mlecznej. Ale widma uzyskane za pomocą 4,2-metrowego teleskopu Williama Herschela na La Palmie i 10-metrowego W.M. Teleskopy Keck na Hawajach pokazują, że podejrzany ma wysoką zawartość ciężkich pierwiastków typową dla gwiazd zamieszkujących dysk Drogi Mlecznej, a nie halo.
Gwiazda znaleziona przez zespół Ruiz-Lapuente to starzejąca się wersja naszego Słońca. Gwiazda zaczęła rozszerzać swoją średnicę w miarę postępu w fazę czerwonego olbrzyma (końcowy etap życia gwiazdy podobnej do Słońca). Gwiazda okazuje się pasować do profilu sprawcy w jednej z proponowanych hipotez supernowych. W układach podwójnych supernowych typu Ia bardziej masywna gwiazda w parze starzeje się szybciej i ostatecznie staje się gwiazdą białego karła. Kiedy wolniej rozwijająca się gwiazda towarzysząca starzeje się następnie do punktu, w którym zaczyna latać balonem, wylewa wodór na karła. Wodór gromadzi się, dopóki biały karzeł nie osiągnie krytycznego i precyzyjnego progu masy, zwanego granicą Chandrasekhar, gdzie eksploduje jako tytaniczna bomba nuklearna. Wydajność energetyczna tej eksplozji jest tak dobrze znana, że można ją wykorzystać jako standardową świecę do pomiaru dużych odległości astronomicznych. (Astronomiczna „świeca standardowa” to każdy rodzaj świecącego obiektu, którego moc wewnętrzna jest tak dokładnie określona, że można go wykorzystać do wykonywania pomiarów odległości w oparciu o tempo, które światło przyciemnia na odległości astronomiczne).
„Wśród różnych systemów zawierających białe karły, które odbierają materiał od towarzysza masy Słońca, niektóre uważa się za realne prototypy supernowych typu Ia, na gruncie teoretycznym. System o nazwie U Scorpii ma białego karła i gwiazdę podobną do tej znalezionej tutaj. Wyniki te potwierdziłyby, że takie pliki binarne doprowadzą do eksplozji takiej jak ta zaobserwowana przez Tycho Brahe, ale nastąpi to za kilkaset tysięcy lat ”, mówi Ruiz-Lapuente.
Alternatywną teorią supernowych typu Ia jest to, że dwa białe karły krążą wokół siebie, stopniowo tracąc energię w wyniku emisji promieniowania grawitacyjnego (fal grawitacyjnych). Kiedy tracą energię, zbliżają się do siebie i ostatecznie łączą, w wyniku czego biały karzeł osiąga granicę Chandrasekhar i eksploduje. „Wydaje się, że supernowa Tycho nie została wytworzona przez ten mechanizm, ponieważ znaleziono prawdopodobnego towarzysza, który przetrwał”, mówi Alex Filippenko z University of California w Berkeley, współautor badań. Mówi, że mimo wszystko nadal możliwe są dwie różne ścieżki ewolucyjne do supernowych typu Ia.
11 listopada 1572 r. Tycho Brahe zauważył gwiazdę w gwiazdozbiorze Kasjopei, która była tak jasna jak planeta Jowisz (która znajdowała się na nocnym niebie w Rybach). Nigdy wcześniej nie zaobserwowano takiej gwiazdy w tym miejscu. Wkrótce osiągnęła jasność Wenus (która na niebie przedświtu miała jasność -4,5 magnitudo). Przez około dwa tygodnie gwiazdę można było zobaczyć w świetle dziennym. Pod koniec listopada zaczął blaknąć i zmieniać kolor, od jasnego białego do żółtego i pomarańczowego do słabo czerwonawego światła, ostatecznie zanikając w marcu 1574 roku, będąc widocznym gołym okiem przez około 16 miesięcy. Skrupulatny zapis rozjaśniania i ściemniania supernowej przez Tycho pozwala teraz astronomom rozpoznać „sygnaturę światła” jako supernowej typu Ia.
Supernowa Tycho Brahe była bardzo ważna, ponieważ pomogła 16-wiecznym astronomom porzucić ideę niezmienności niebios. W chwili obecnej supernowe typu Ia pozostają kluczowymi graczami w najnowszych odkryciach kosmologicznych. Aby dowiedzieć się więcej o nich i ich mechanizmach eksplozji oraz uczynić je jeszcze bardziej przydatnymi jako sondy kosmologiczne, obecny projekt Kosmicznego Teleskopu Hubble'a prowadzony przez Filippenko bada próbkę supernowych w innych galaktykach w czasie ich wybuchu.
Oryginalne źródło: Hubble News Release
