Mit derített ki a Fermi-űrtávcső a Kepler-féle szupernóva maradványáról négy évszázaddal a robbanás után?

1842

A Kepler-féle szupernóva szétrepülő részecskéinek jellemzőit fedte fel a Fermi-űrtávcső LAT műszere.

Egy csillag felrobbanása olyan lökéshullámot idéz elő, amely évszázadokon keresztül több mint 5000 kilométeres másodpercenkénti sebességgel terjed. Úgy gondoljuk, hogy ezek a forrásai azoknak a nagy energiájú részecskéknek, amelyeket kozmikus sugaraknak hívunk. A szupernóva-maradványok nagy energiájú fotonkibocsátását vizsgálva megismerhetjük a felgyorsult részecskenyaláb természetét, energiáját és összetételét.

Egy francia kutatócsoport megerősítette, hogy 100 MeV-nál nagyobb energiájú gammasugárzást észleltek a történelmi Kepler-féle szupernóva-maradvány irányából. A NASA Fermi-űrtávcsövének LAT műszerével végzett 12 évnyi megfigyelés kellett ahhoz, hogy bizonyossá váljon galaxisunk egyik legfiatalabb szupernóva-maradványának ilyen hatékony részecskegyorsító képessége. A kutatók szerint a gammasugárzás nagy valószínűséggel a felgyorsult ionok és a környező közeg közötti kölcsönhatás eredménye, de a mágneses tér erősségétől függően több más forgatókönyv is elképzelhető. Az erről szóló szakcikküket az Astronomy and Astrophysics című szaklap fogadta el kiadásra.

Egyes csillagok életüket egy gigantikus robbanással fejezik be, amelynek során fényességük nagymértékben növekszik. A Földről nézve ez olyan benyomást kelthet, mintha egy új csillag jelenne meg az égen. Ez történt 1604 októberében is. Négy évszázaddal később egy kutatócsoport gammasugárzás-emissziót érzékelt ebből a régióból. A szupernóva-maradványt korábban az elektromágneses sugárzás több hullámhosszán is megfigyelték, beleértve a rádió-, az infravörös, az optikai és a röntgentartományt. A gammasugárzás tartománya volt az egyetlen, ami hiányzott a kirakósból. Mindegyik hullámhossz különböző, de az objektumról egymást kiegészítő információkat tárnak fel.

A Fermi-űrtávcső 12 évnyi adatainak felhasználásával a kutatócsoport kimutatta, hogy a szupernóva-maradványban hatékony a részecskegyorsítás, és meghatározták a felgyorsult részecskék fajtáit is (hogy elektronok vagy ionok-e). Mivel a kozmikus sugarak 99%-a ion, 1%-uk pedig elektron, nagyon fontos annak ellenőrzése, hogy a szupernóva-maradványok mindkét típusú részecskét képesek-e felgyorsítani.

Felgyorsult ionok jelenlétét úgy vizsgálhatjuk, ha gammasugárzás kibocsátásának nyomait keressük azon a területen, ahol a részecskék a környező gázzal ütköznek. A Kepler-féle szupernóva-maradvány ehhez nagyszerű célpont, mivel a lökéshullámának egy része kölcsönhatásba lép azzal a sűrű anyaggal, amit a robbanás előtt a rendszer kibocsátott.

A baloldali négy felvételen a Kepler-féle szupernóva-maradvány (SN 1604) látható rádiótartományban (VLA rádiótávcső-hálózat, 4,85 GHz), infravörös tartományban (Spitzer-űrtávcső, 24 μm), optikai fénytartományban (Hubble Űrtávcső, Hα, NII és OIII vonalak) és röntgentartományban (Chandra-űrtávcső, 0,7 és 1 keV között). A szaggatott vonalak a lökéshullám és a csillagközi közeg közötti kölcsönhatás tartományát mutatják (A kép forrása: Vink, 2017). A jobboldali kép a Fermi-űrtávcső LAT műszerének adataiból származik. A képen a gammasugárzás térképe látható a szupernóva infravörös sugárzásának zöld színnel jelölt kontúrjával (a LAT műszer felbontása jelentősen kisebb más hullámhosszokhoz képest). Körökkel jelölték a gammasugárzás legvalószínűbb lokalizációját. (Forrás: Acero et al., 2022)

A kutatócsoport a Fermi-űrtávcső és a HESS teleszkóprendszer rádió- és röntgencsillagászati adatai, valamint a rögzített spektrum alapján arra a következtetésre jutott, hogy a gammasugárzás legvalószínűbb eredete a sűrű cirkumsztelláris anyag és a gyorsított ionok kölcsönhatása. Ez bizonyítja, hogy a fiatal szupernóva-maradványok, mint amilyen a Kepler-féle szupernóva, valóban felgyorsíthatják a galaktikus kozmikus sugarak egy részét, főképp az ionokat azáltal, hogy a robbanás kinetikus energiájának 5–10 százalékát felhasználják erre a lökéshullámfrontnál.

Mivel ez az egyik legalaposabban vizsgált szupernóva-maradvány, a modellezési paraméterek többsége jól ismert, kivéve a mágneses tér erősségét, amelyben a felgyorsult részecskék mozognak.

Egy olyan forgatókönyvben, amelyben a mágneses tér erőssége nagyobb, mint 100 μG (felső ábra), a nagyon nagy energiájú gammasugárzás (TeV) a kölcsönhatás régiójából származna, mint a Fermi által detektált GeV-os gammasugarak esetében. Ha a mágneses tér gyengébb, mint 100 μG (alsó ábra), akkor két egymással versengő emissziós folyamatról lehet szó (inverz Compton és π0-bomlás), és a TeV-os emisszió csúcsa eltérhet a GeV-os gammasugárzás csúcsától. A szinkrotron- és az inverz Compton-emisszió felgyorsult elektronokból, míg a π0-bomlási emisszió a felgyorsult ionokból származik. (Forrás: Acero et al., 2022)

Mindkét modellt tesztelni fogják a jövőbeni nagy energiájú gammasugár-obszervatóriummal, a Cserenkov Távcsőhálózattal (Cherenkov Telescope Array – CTA), amely érzékenyebb és jobb elhelyezkedésű is, mint az elődjei.

A Kepler-féle szupernóva különleges helyet foglal el a csillagászat történetében, mivel azon ritka szupernóvák közé tartozik, amelyek szabad szemmel is láthatóak voltak, és amelyekről feljegyzések is fennmaradtak. 1604 októberének egyik éjszakáján egy új csillag, egy „Stella Nova” jelent meg az égbolton, amely fényesebb volt a Jupiternél. Néhány hétig nappal is látható volt, de éjszaka több mint egy éven keresztül volt megfigyelhető. Az eseményt a Földről sokan észlelték: európai, kínai, koreai és arab csillagászok feljegyzéseket is készítettek róla. Nem új csillag született, a jelenség egy haldokló csillag utolsó felvillanása, vagyis szupernóva volt. Az eseményről a legrészletesebb leírást egy német csillagász, Johannes Kepler készítette De Stella nova in pede Serpentarii (Új csillag a Kígyótartó lábánál) című művében. Kepler neve így mára összefonódott a szupernóvával (SN) és annak maradványával (SNR). Ne feledjük, hogy ez volt az utolsó galaktikus szupernóva, amely a Földről szabad szemmel is látható volt. Érdemes minden éjjel feltekintenünk az égre, hátha újra tanúi lehetünk egy hasonló jelenségnek.

Forrás: IRFU

Hozzászólás

hozzászólás