Amikor a csillagok elérik életciklusuk végét, sokan szupernóvának nevezett robbanásveszélyes folyamat során fújják le a külső rétegeiket. Noha a csillagászok sokat tanultak erről a jelenségről, a kifinomult eszközöknek köszönhetően, amelyek képesek több hullámhosszon tanulmányozni őket, még mindig sok van, amit nem tudunk a szupernóvákról és azok maradványairól.
Például, még mindig vannak megoldatlan kérdések a mechanizmusokról, amelyek a szupernóvából eredő sokkhullámokat táplálják. Nemzetközi kutatócsoport azonban nemrégiben felhasználta a közeli szupernóva (SN1987A) Chandra Röntgenmegfigyelő Intézetéből kapott adatokat és új szimulációkat az atomok hőmérsékletének mérésére az ebből eredő sokkhullámban.
A „Nehéz ionok ütközés nélküli ütéshevítése SN 1987A-ban” című tanulmány nemrégiben jelent meg a tudományos folyóiratban Természet. A csoportot Marco Miceli és Salvatore Orlando vezette az olaszországi Palermo Egyetemen, és a Nemzeti Asztrofizikai Intézet (INAF), a Mechanika és Matematika Alkalmazott Problémák Intézetének, valamint a Pennsylvania Állami és Északnyugati Egyetem tagjaiból álltak. .
Vizsgálataik érdekében a csapat kombinálta az SN 1987A Chandra megfigyeléseit szimulációkkal, hogy megmérje az atomok hőmérsékletét a szupernóva sokkhullámában. Ennek során a csapat megerősítette, hogy az atomok hőmérséklete összekapcsolódik atomtömegükkel, ami egy régóta fennálló kérdésre ad választ a lökéshullámokról és az őket működtető mechanizmusokról.
Ahogyan David Burrows, a Penn State csillagászati és asztrofizikai professzora, valamint a tanulmány társszerzője, egy Penn State sajtóközleményében mondta:
„A szupernóva robbanások és maradványaik kozmikus laboratóriumokat biztosítanak, amelyek lehetővé teszik a fizika felfedezését olyan szélsőséges körülmények között, amelyeket nem lehet megismételni a Földön. A modern csillagászati távcsövek és műszerek, mind a földön, mind az űrben, lehetővé tették számunkra, hogy részletesen megvizsgáljuk a szupernóva maradványait galaxisunkban és a közeli galaxisokban. Rendszeresen megfigyeltük a szupernóva SN1987A maradványát a NASA Chandra X-ray Observatory-jával, a világ legjobb röntgen-távcsőjével, mivel nem sokkal a Chandra elindítása után, 1999-ben, és szimulációkkal válaszoltunk a sokkhullámokkal kapcsolatos régóta fennálló kérdésekre. ”
Amikor a nagyobb csillagok gravitációs összeomláson mennek keresztül, az így létrejövő robbanás az anyagot a fénysebesség tizede legfeljebb tizedes sebességére hajtja ki, és lökéshullámokat nyom a környező csillagközi csillaggázba. Ahol a sokkhullám megfelel a csillagot körülvevő lassan mozgó gáznak, ott van a „sokkoló front”. Ez az átmeneti zóna több millió fokra melegíti a hűvös gázt, és megfigyelhető röntgenkibocsátáshoz vezet.
A csillagászok egy ideje érdekeltek egy szupernóva sokkhullámának ebben a régiójában, mivel ez jelzi az átmenetet egy haldokló csillag robbanóereje és a környező gáz között. Ahogy Burrows hasonlította:
„Az átmenet hasonló a konyhai mosogatónál tapasztaltakhoz, amikor egy nagy sebességű vízáram eléri a mosdó medencéjét, sima kifelé áramlik, amíg hirtelen meg nem ugrik a magassága és turbulensé nem válik. A sokk frontokat széles körben vizsgálták a Föld légkörében, ahol egy rendkívül szűk régióban fordulnak elő. Az űrben azonban a sokkátmenetek fokozatosak, és nem minden elem atomját érinthetik ugyanúgy. ”
A szupernóva sokkhomálya mögött levő különféle elemek hőmérsékleteinek vizsgálatával a csillagászok remélik, hogy jobban megértjük a sokk folyamata fizikáját. Noha az elemek hőmérséklete várhatóan arányos atomtömegükkel, a pontos mérések elvégzése nehéz volt. A korábbi vizsgálatok nemcsak ellentmondásos eredményekhez vezettek, hanem a nehéz elemeket nem is vonták be elemzéseikbe.
Ennek megoldására a csapat a Supernova SN1987A-ra nézett, amely a Nagy Magellán Felhőben található és először nyilvánvalóvá vált 1987-ben. Amellett, hogy ez volt az első szupernóva, amely szabad szemmel volt látható Kepler Supernova (1604) óta, ez volt a először meg kell vizsgálni a fény minden hullámhosszán (a rádióhulláktól a röntgen- és gammahullámokig) a modern távcsövekkel.
Míg az SN 1987A korábbi modelljei jellemzően egyetlen megfigyelésre támaszkodtak, a kutatócsoport háromdimenziós numerikus szimulációkat használt a supernova fejlődésének bemutatására. Ezután ezeket összehasonlították a Chandra által nyújtott röntgen megfigyelésekkel az atomhőmérsékletek pontos mérésére, ami megerősítette várakozásukat.
"Most már pontosan megmérhetjük az olyan nehéz elemek hőmérsékleteit, mint a szilícium és a vas, és megmutattuk, hogy ezek valóban követik azt a kapcsolatot, hogy az egyes elemek hőmérséklete arányos az elem atomtömegével" - mondta Burrows. "Ez az eredmény fontos kérdést rendez az asztrofizikai sokkhullámok megértésében és javítja a sokkfolyamat megértését."
Ez a legújabb tanulmány jelentős lépést jelent a csillagászok számára, közelebb hozva őket a szupernóva mechanikájának megértéséhez. Titkok kinyitásával állunk rendelkezésünkre, hogy többet megismerjünk egy olyan folyamatról, amely alapvető fontosságú a kozmikus evolúcióban, így a csillagok halála befolyásolja a környező Univerzumot.
