Supernowe są jednymi z najbardziej energetycznych i potężnych wydarzeń w obserwowalnym Wszechświecie. I choć wiemy, że supernowe są odpowiedzialne za tworzenie ciężkich pierwiastków niezbędnych do wszystkiego, od planet, przez ludzi po elektronarzędzia, naukowcy od dawna starają się ustalić mechanikę stojącą za nagłym zapadnięciem się i późniejszą eksplozją masywnych gwiazd.
Teraz, dzięki misji NuSTAR NASA, mamy pierwsze solidne wskazówki na temat tego, co dzieje się, zanim gwiazda „rozkwitnie”.
Powyższe zdjęcie pokazuje pozostałość po supernowej Cassiopei A (w skrócie Cas A) z danymi NuSTAR w kolorze niebieskim i obserwacjami z Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra w kolorze czerwonym, zielonym i żółtym. Jest to fala uderzeniowa pozostała po eksplozji gwiazdy około 15 do 25 razy masywniejszej niż nasze Słońce ponad 330 lat temu * i świeci w różnych długościach fali światła w zależności od temperatur i rodzajów obecnych pierwiastków.
Wcześniejsze obserwacje z Chandrą ujawniły emisje rentgenowskie z rozszerzających się skorup i włókien gorącego gazu bogatego w żelazo w Cas A, ale nie mogły one zajrzeć wystarczająco głęboko, aby uzyskać lepszy obraz tego, co znajduje się w strukturze. Dopiero Nuclear Spectroscopic Telescope Array - czyli NuSTAR dla znających się na świecie - skierował swoją wizję rentgenowską na Cas A, że udało się znaleźć brakujące elementy układanki.
I są wykonane z radioaktywnego tytanu.
Wykonano wiele modeli (wykorzystujących miliony godzin czasu superkomputera) w celu wyjaśnienia supernowych zawalenia się rdzenia. Jednym z wiodących jest rozerwanie gwiazdy przez potężne dżety wystrzeliwujące z jej biegunów - coś, co jest związane z jeszcze potężniejszymi (ale skupionymi) rozbłyskami gamma. Ale nie wyglądało na to, że dżety były przyczyną Cas A, który nie wykazuje resztek elementarnych w swoich strukturach odrzutowych ... a poza tym modele polegające wyłącznie na dżetach nie zawsze skutkowały w pełni supernową.
Jak się okazuje, obecność asymetrycznych skupisk radioaktywnego tytanu głęboko w skorupach Cas A, ujawniona w wysokoenergetycznych promieniach rentgenowskich przez NuSTAR, wskazuje na zaskakująco inny proces: „trzepotanie” materiału w obrębie prekursora gwiazda, która uruchamia falę uderzeniową, ostatecznie rozrywając ją na strzępy.
Obejrzyj animację opisującą ten proces:
Gąsienice, które pojawiają się w ciągu zaledwie kilkuset milisekund - dosłownie w mgnieniu oka - można porównać do wrzenia wody na kuchence. Gdy bąbelki przebijają się przez powierzchnię, para wybucha.
Tylko w tym przypadku erupcja prowadzi do niesamowicie silnej detonacji całej gwiazdy, wysyłając falę uderzeniową cząstek o wysokiej energii do ośrodka międzygwiezdnego i rozpraszając okresową tabelę ciężkich pierwiastków do galaktyki.
W przypadku Cas A wyrzucono tytan-44 w grudki, które odzwierciedlają kształt oryginalnej asymetrii spłaszczania. NuSTAR był w stanie zobrazować i zmapować tytan, który świeci w promieniowaniu rentgenowskim z powodu jego radioaktywności (a nie dlatego, że jest ogrzewany przez rozszerzanie fal uderzeniowych, podobnie jak inne lżejsze elementy widoczne dla Chandry).
„Dopóki nie mieliśmy NuSTAR, nie byliśmy w stanie zobaczyć jądra eksplozji” - powiedział astronom z Caltech Brian Grefenstette podczas telekonferencji NASA 19 lutego.
„Wcześniej trudno było zinterpretować, co się dzieje w Cas A, ponieważ materiał, który mogliśmy zobaczyć, świeci tylko promieniami rentgenowskimi po podgrzaniu. Teraz, gdy widzimy materiał radioaktywny, który bez względu na wszystko świeci promieniami rentgenowskimi, otrzymujemy pełniejszy obraz tego, co działo się w centrum wybuchu. ”
- Brian Grefenstette, główny autor, Caltech
Okej, świetnie, mówisz. NuSTAR NASA znalazł blask tytanu w resztkach wysadzonej gwiazdy, Chandra zobaczyła trochę żelaza, i wiemy, że rozbłysło i „zagotowało” ułamek sekundy przed jego eksplozją. Więc co?
„Teraz powinieneś się tym przejmować” - powiedział astronom Robert Kirshner z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. „Supernowe wytwarzają pierwiastki chemiczne, więc jeśli kupiłeś amerykański samochód, nie powstał w Detroit dwa lata temu; atomy żelaza w tej stali zostały wyprodukowane podczas starożytnej eksplozji supernowej, która miała miejsce pięć miliardów lat temu. NuSTAR pokazuje, że tytan, który znajduje się w biodrze twojego wuja Jacka, również powstał w wyniku tej eksplozji.
„Wszyscy jesteśmy gwiezdnym pyłem, a NuSTAR pokazuje nam, skąd pochodzimy. W tym nasze części zamienne. Więc powinieneś się tym przejmować… podobnie jak twój wujek Jack. ”
NuSTAR będzie w stanie zbadać nie tylko supernowe z załamaniem jądra. Inne typy supernowych również zostaną zbadane - w przypadku SN2014J, typ Ia, który został zauważony w M82 w styczniu, nawet zaraz po ich wystąpieniu.
„Wiemy, że to rodzaj gwiazdy białego karła, która ulega detonacji”, główna badaczka NuSTAR, Fiona Harrison, odpowiedziała magazynowi kosmicznemu podczas telekonferencji. „To bardzo ekscytująca wiadomość… NuSTAR przygląda się [SN2014J] od tygodni i mamy nadzieję, że będziemy mogli powiedzieć coś o tej eksplozji”.
Jednym z najcenniejszych osiągnięć ostatnich odkryć NuSTAR jest wprowadzenie nowego zestawu zaobserwowanych ograniczeń w przyszłych modelach supernowych zapadających się jąder… które pomogą uzyskać odpowiedzi - i prawdopodobnie nowe pytania - o tym, jak gwiazdy eksplodują, a nawet setki lub tysiące po latach.
„NuSTAR jest pionierską nauką i musisz spodziewać się, że kiedy uzyskasz nowe wyniki, otworzy się tyle pytań, ile odpowiesz” - powiedział Kirshner.
Wprowadzony na rynek w czerwcu 2012 r. NuSTAR jest pierwszym twardym teleskopem rentgenowskim skupiającym się na orbicie Ziemi i pierwszym teleskopem zdolnym do tworzenia map pierwiastków promieniotwórczych w pozostałościach po supernowych.
Przeczytaj więcej na temat aktualności JPL tutaj i posłuchaj pełnej konferencji prasowej tutaj.
* Ponieważ Cas A znajduje się 11 000 lat świetlnych od Ziemi, faktyczna data supernowej wynosiłaby około 11 330 lat temu. Daj lub weź kilka.
