Szegedi kutatók átfogó elemzést végeztek az SN 1993J jelű szupernóva késői, infravörös fejlődéséről a NASA Spitzer-űrtávcsövének – nagyrészt eddig még publikálatlan – fotometriai és spektroszkópiai adatait felhasználva. Habár az objektum az eddig legjobban feltérképezett szupernóvák egyike, a késői középinfravörös evolúciójának részletes analízise egyelőre hiányzott a szakirodalomból.
A szakcikk az SZTE Asztrofizikai kutatócsoportjának PhD-hallgatója, Zsíros Szanna vezetésével, továbbá Nagy Andrea és a témavezető, Szalai Tamás közreműködésével készült. Vizsgálataik során a szerzők igazolták, hogy a szupernóva középinfravörös tartományban észlelt többletsugárzása két különböző hőmérsékleti komponensű, a robbanás környezetében lévő por jelenlétével írható le. Emellett tanulmányozták a por lehetséges forrásait is, amelynek során arra a következtetésre jutottak, hogy mind frissen keletkezett, mind pedig a robbanási lökéshullámnak a korábbi folyamatok során ledobódott csillagkörüli anyaggal (circumstellar matter, CSM) való kölcsönhatása során felfűtődő porszemcsék sugárzásával magyarázható az űrtávcső által észlelt többletsugárzás.
A szegedi csillagászok által vizsgált középinfravörös színképtartomány a látható fénynél kevésbé érzékeny a csillagközi extinkcióra (fénygyengülésre), számos atomi és molekuláris emissziós vonalat lefed, valamint lehetővé teszi a robbanáskor ledobódott, folyamatosan táguló és hűlő anyag hosszú távú fejlődésének követését. Ezekből adódóan különösen alkalmas a szupernóvák környezetében zajló porképződési folyamatok, valamint a lökéshullámnak az anyaggal való kölcsönhatásainak megfigyelésére.
A tanulmányban a szerzők a Spitzer-űrtávcső kb. 16 évet lefedő adatsorát elemezték, a feltételezett por fizikai paramétereit pedig kétkomponensű analitikus pormodellek illesztésével határozták meg. A legjobban illeszkedő, részben szilikátos, részben széntartalmú modelljeik 0,0035-0,0060 naptömegnyi port eredményeztek, összhangban mind az elméletek alapján várt, mind a korábban, más típusú adatokból becsült értékekkel is.
A por paramétereinek becslése mellett a kutatók vizsgálták a szemcsék lehetséges forrásait is. A csillagrobbanások esetében a porszemcsék keletkezhetnek újonnan, akár a szupernóva-robbanás táguló anyagfelhőjén belül, akár a lökéshullám által már elért CSM és ledobott anyag közötti tartományban (az ún. hideg, sűrű héjban). Másrészt a robbanás előtt ledobódott anyagban korábban kialakult szemcsék is felfűtődhetnek a szupernóva lökéshulláma és a CSM ütközése vagy sugárzás útján (vagy a robbanáskor, vagy a CSM-kölcsönhatás során keletkező, nagy energiájú fotonok által).
Az SN 1993J esetében más (optikai, röntgen-, rádió-) hullámhossztartományokban végzett megfigyelések révén már korábban sikerült a CSM-kölcsönhatás egyértelmű jeleit azonosítani, így ez a második lehetőség eleve adva volt. A szegedi szerzők elemzése ezen a téren abból a szempontból hozott újdonságot, hogy a lehetséges alternatívák közül a CSM-kölcsönhatásból származó sugárzás útján történő porszemcse-felfűtődéssel sikerült megmagyarázni az infravörös adatsorok időbeli lefutását, ugyanakkor részben az ütközés útján való felfűtődés is hozzájárulhat a detektált infravörös luminozitáshoz.
Az eredményeket tartalmazó szakcikket a tekintélyes brit MNRAS (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society) folyóirat fogadta el közlésre (https://arxiv.org/abs/2110.10550).
A kutatómunkát az NKFIH OTKA FK-134432 és PD-134434 jelű pályázatai, az MTA Bolyai János Kutatói Ösztöndíjprogramja és az ITM Új Nemzeti Kiválósági Programjának ÚNKP-20-3, ÚNKP-20-5 és ÚNKP-21-5 jelű pályázatai támogatták. A szegedi kutatók korábban több magyar nyelvű összefoglaló írást is megjelentettek a témában:
- Szalai Tamás: Porgyártó(?) szupernóvák (Fizikai Szemle 2010/12., 399.o.)
- Szalai T. – Zsíros Sz. – Vinkó J.: Kölcsönhatások és porképződés a szupernóvák környezetében (Természet Világa, 2018/8.)