Kiedy gwiazdy osiągną koniec swojego cyklu życia, wiele zdmuchnie ich zewnętrzne warstwy w wybuchowym procesie znanym jako supernowa. Chociaż astronomowie wiele się nauczyli o tym zjawisku, dzięki wyrafinowanym instrumentom, które są w stanie badać je na wielu długościach fal, wciąż jest wiele rzeczy, których nie wiemy o supernowych i ich pozostałościach.
Na przykład wciąż pozostają nierozwiązane pytania dotyczące mechanizmów, które zasilają powstałe fale uderzeniowe z supernowej. Jednak międzynarodowy zespół naukowców wykorzystał ostatnio dane uzyskane przez Obserwatorium Rentgenowskie Chandra pobliskiej supernowej (SN1987A) i nowe symulacje do pomiaru temperatury atomów w powstałej fali uderzeniowej.
Badanie zatytułowane „Bezkolizyjne ogrzewanie udarowe ciężkich jonów w SN 1987A” pojawiło się niedawno w czasopiśmie naukowym Natura. Zespół był kierowany przez Marco Miceli i Salvatore Orlando z Uniwersytetu w Palermo we Włoszech i składał się z członków Narodowego Instytutu Astrofizyki (INAF), Instytutu Stosowanych Problemów Mechaniki i Matematyki oraz Uniwersytetu Pensylwanii i Uniwersytetu Północno-Zachodniego .
Na potrzeby swoich badań zespół połączył obserwacje Chandra SN 1987A z symulacjami do pomiaru temperatury atomów w fali uderzeniowej supernowej. W ten sposób zespół potwierdził, że temperatura atomów jest związana z ich masą atomową, co stanowi odpowiedź na od dawna zadawane pytanie o fale uderzeniowe i mechanizmy je napędzające.
Jak powiedział David Burrows, profesor astronomii i astrofizyki w Penn State i współautor badań, w komunikacie prasowym Penn State:
„Eksplozje Supernowej i ich pozostałości stanowią kosmiczne laboratoria, które pozwalają nam badać fizykę w ekstremalnych warunkach, których nie można powielić na Ziemi. Nowoczesne teleskopy astronomiczne i oprzyrządowanie, zarówno naziemne, jak i kosmiczne, pozwoliły nam przeprowadzić szczegółowe badania pozostałości supernowych w naszej galaktyce i pobliskich galaktykach. Przeprowadziliśmy regularne obserwacje pozostałości supernowej SN1987A za pomocą Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra, najlepszego teleskopu rentgenowskiego na świecie, odkąd krótko po uruchomieniu Chandra w 1999 r., I wykorzystaliśmy symulacje, aby odpowiedzieć na długotrwałe pytania dotyczące fal uderzeniowych ”.
Kiedy większe gwiazdy ulegają zapadkowi grawitacyjnemu, powstały wybuch powoduje wypychanie materiału na zewnątrz z prędkością do jednej dziesiątej prędkości światła, wypychając fale uderzeniowe w otaczający gaz międzygwiezdny. Tam, gdzie fala uderzeniowa styka się z wolno poruszającym się gazem otaczającym gwiazdę, masz „przód wstrząsu”. Ta strefa przejściowa podgrzewa chłodny gaz do milionów stopni i prowadzi do emisji promieniowania rentgenowskiego, którą można zaobserwować.
Od pewnego czasu astronomowie interesują się tym regionem fali uderzeniowej supernowej, ponieważ oznacza przejście między siłą wybuchową umierającej gwiazdy a otaczającym gazem. Jak to porównał Burrows:
„Przejście jest podobne do obserwowanego w zlewie kuchennym, gdy szybki strumień wody uderza w umywalkę, płynnie wypływając na zewnątrz, aż nagle gwałtownie skacze na wysokość i staje się niespokojny. Fronty uderzeniowe zostały dokładnie zbadane w atmosferze ziemskiej, gdzie występują w bardzo wąskim regionie. Ale w kosmosie przejścia szokowe są stopniowe i mogą nie wpływać na atomy wszystkich pierwiastków w ten sam sposób. ”
Badając temperatury różnych pierwiastków za frontem szoku supernowej, astronomowie mają nadzieję na lepsze zrozumienie fizyki procesu szoku. Chociaż oczekiwano, że temperatury pierwiastków będą proporcjonalne do ich masy atomowej, uzyskanie dokładnych pomiarów było trudne. Wcześniejsze badania nie tylko doprowadziły do sprzecznych wyników, ale także nie uwzględniły ciężkich elementów w swoich analizach.
Aby rozwiązać ten problem, zespół przyjrzał się Supernowej SN1987A, która znajduje się w Wielkim Obłoku Magellana i po raz pierwszy stała się widoczna w 1987 roku. Oprócz tego, że była to pierwsza supernowa, która była widoczna gołym okiem od czasów Supernowej Keplera (1604), była to najpierw badane we wszystkich długościach fal światła (od fal radiowych po promieniowanie rentgenowskie i gamma) za pomocą nowoczesnych teleskopów.
Podczas gdy poprzednie modele SN 1987A zwykle opierały się na pojedynczych obserwacjach, zespół badawczy zastosował trójwymiarowe symulacje numeryczne, aby pokazać ewolucję supernowej. Następnie porównali je z obserwacjami rentgenowskimi dostarczonymi przez Chandrę, aby dokładnie zmierzyć temperatury atomowe, co potwierdziło ich oczekiwania.
„Możemy teraz dokładnie zmierzyć temperatury pierwiastków tak ciężkich jak krzem i żelazo i wykazaliśmy, że rzeczywiście postępują one zgodnie z tym, że temperatura każdego pierwiastka jest proporcjonalna do masy atomowej tego pierwiastka”, powiedział Burrows. „Ten wynik rozwiązuje ważną kwestię w zrozumieniu astrofizycznych fal uderzeniowych i poprawia nasze rozumienie procesu szoku”.
Ostatnie badania stanowią ważny krok dla astronomów, przybliżając ich do zrozumienia mechaniki supernowej. Odkrywając ich sekrety, możemy dowiedzieć się więcej o procesie fundamentalnym dla ewolucji kosmicznej, czyli o tym, jak śmierć gwiazd wpływa na otaczający Wszechświat.
