Egy csillaghalál kezdeti pillanatai, ahogy a Kepler-űrtávcső látta

2368

Réges-régen egy messzi-messzi galaxisban egy fehér törpecsillag hirtelen felrobbant, és az egész galaxisnál fényesebb szupernóvává vált. Százhetven millió évvel később, 2018. január 26-án e szupernóva-robbanás fénye elérte a Földet, ahol épp nagy teljesítményű teleszkópok arzenálja figyelte folyamatosan az égboltot.

A NASA Kepler-űrtávcsöve detektálta legkorábban a később SN 2018oh-nak elnevezett szupernóva sugárzását, amelyet számos más földi teleszkóppal végzett észlelés követett. Az összehangolt akció a K2 Supernova Cosmology Experiment elnevezésű világméretű tudományos kutatóprogram része volt, amelyet a szupernóva-robbanások még feltáratlan rejtélyeinek vizsgálata érdekében indítottak a csillagászok.

A NASA 2018. október 30-án végleg leállította a Kepler-űrtávcsövet, miután 9 és fél éves rendkívül sikeres működés után kifogyott az űrtávcső pozicionálásához szükséges üzemanyag. De bő fél évvel korábban, decembertől májusig, amikor még volt kellő mennyiségű hajtóanyag, a csillagászok két különböző égterületet figyeltek folyamatosan mind a Keplerrel, mind több más földi óriásteleszkóp műszereivel. Az észlelt égterületeken a kutatók felrobbanó csillagokra, szupernóvákra vadásztak. Habár egy átlagos galaxisban csak körülbelül 100 évente robban fel egy-egy szupernóva, annak esélye, hogy a látómezőben lévő több tízezernyi extragalaxis közül néhányban pár hónap alatt több szupernóva is felbukkan, csaknem száz százalékos volt.

A csillagászok előzetes várakozásai sikeresek voltak, a fél éves kísérlet során több mint 40 szupernóvát fedeztek fel. Ezek közül is kiemelkedett a Rák csillagképben, az UGC 4780 katalógusszámú galaxisban felbukkant SN 2018oh, amelyet elsőként az amerikai központú All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN) kutatócsoport talált meg 2018. február 4-én, több mint egy héttel a robbanás után. Az SN 2018oh a Kepler-területeken felfedezett csillagrobbanások között a legfényesebbnek és a legközelebbinek bizonyult, habár 170 millió fényéves távolsága csak az extragalaxisok világában számít közelinek. A Kepler-űrtávcső ultraprecíz kamerája már percekkel a robbanást követően (pontosabban azután, hogy a robbanás első fotonjai elérték a Föld kozmikus környezetét), január 26-án detektálta a szupernóva fényét, de az űrtávcső adataihoz csak hónapokkal később férhettek hozzá a kutatók, amikorra a szupernóva már elhalványult. Ezért volt szükség a független földfelszíni felfedezésre, és a további észlelésekre, ugyanis a földi mérések nélkül számos fontos részlet rejtve maradt volna a kutatók előtt.

Az SN 2018oh az MTA CSFK piszkéstetői Schmidt-távcsövével készült felvételen (bal oldal). Jobb oldalon a Sloan Digitized Sky Survey (SDSS) által 14 évvel korábban készített referenciakép látható.

Az elvégzett mérések összevetése után a csillagászok reményeit a szó szoros értelmében fényes siker koronázta. Korábban soha nem látott részletességgel bontakozott ki előttük egy szupernóva-robbanás kezdete. A világraszóló eredményeket három különböző szakcikkben közölte a 130 kutatóból álló csapat, köztük magyar csillagászok is.

A SN 2018oh egy Ia típusú szupernóvának, azaz felrobbanó fehér törpének bizonyult. A csillagászok régóta kutatják ezeket a csillagrobbanásokat, ugyanis ilyenek segítségével sikerült kimutatni az Univerzum gyorsuló tágulását is, amelyet 2011-ben fizikai Nobel-díjjal ismertek el. Egy tipikus Ia szupernóva körülbelül három héttel a robbanást követően éri el csúcsfényességét, majd ezután a felfényesedésnél jóval lassabb ütemű halványodásba kezd. A Kepler mérései azonban azt mutatták, hogy az SN 2018oh az első néhány napban sokkal fényesebb volt, mint arra számítani lehetett. A földi óriástávcsövekkel végzett legkorábbi megfigyelések a szupernóva fényét kezdetben rendkívül kéknek mutatták, amely szokatlanul magas hőmérsékletre utalt.

Az Ia típusú szupernóva-robbanások mechanizmusa jelenleg is vitatott. Habár több megfigyelés utal arra, hogy a robbanás kiváltó oka két fehér törpe egymásba spirálozása és összeolvadása, a modellek szerint az is lehetséges, hogy egy fehér törpe egy normál társcsillagtól anyagot kapva túl nagy tömegűre hízik, és emiatt robban fel. A SN 2018oh-t tanulmányozó csillagászok egy nagyobb csoportja (köztük a magyar kutatók is) úgy vélik, hogy a korábbinál sokkal részletesebb és precízebb méréseik ezt a második modellt támasztják alá. Az ő magyarázatuk szerint a felrobbanó fehér törpe gyorsan táguló anyaga beleütközött a közelében lévő társcsillag légkörébe, és szabályosan elsöpörte azt. Az ennek során kialakuló lökéshullám eredményezte a szokatlanul erős korai fényességet és a magas hőmérsékletet.

Az SN 2018oh Kepler-űrtávcsővel mért fényváltozásának (szürke vonal) összevetése Ia szupernóvák modelljeivel. A modellek nem tartalmazzák a korai többletfényt okozó hatást, ezért kezdenek később fényesedni.

A kutatók egy másik csoportja egy alternatív magyarázatot valószínűsített: szerintük a termonukleáris robbanás szokatlanul sok radioaktív nikkelt keltett a fehér törpe felszínéhez közel. A radioaktív nikkel bomlása során felszabaduló energia fűtötte fel a táguló szupernóva anyagát, és ez okozta a megfigyelt fényességet és hőmérsékletet.

Akármelyik magyarázat áll is közelebb a valósághoz, ezen új információk jelentős előrelépést jelentenek a szupernóva-robbanások elméleti modelljeinek finomításában, a még bizonytalan részletek jobb megértésében. A szupernóvák gazdag fizikájának minél teljesebb megismerése nemcsak a csillagfejlődés, hanem a távolságmérésen keresztül a kozmológia rejtélyeinek további feltárásában is kulcsszerepet játszik.

A fenti kutatásokba a világ szinte valamennyi olyan csillagvizsgálója, egyeteme és kutatóintézete bekapcsolódott, ahol a szupernóvák vizsgálatával foglalkoznak. A Kepler-űrtávcsövet működtető NASA Ames Research Center és a Jet Propulsion Laboratory mellett jelentős szerepet vállalt az All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN) kollaboráció, a Las Cumbres Observatory (LCO) Global Telescope Network robottávcső-hálózata, az amerikai Pan-STARRS kollaboráció, a University of California Santa Cruz (UCSC) szupernóva-kutatócsoportja, a kínai Tsinghua Aszrofizikai Intézet és Yunnan Obszervatóriumok, és még sokan mások, összesen 77 intézet. Magyarországról az MTA CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet műszerei és kutatói jelentős szerepet töltöttek be a SN 2018oh méréseinek részletes tanulmányozásában, amelyben munkájukat a GINOP-2.3.2-15-2016-00033 számú, “Tranziens Asztrofizikai Objektumok” című pályázat támogatta.

További információk:

Dimitriadis et al.: K2 Observations of SN 2018oh Reveal a Two-Component Rising Light Curve for a Type Ia Supernova

Li et al.: Photometric and Spectroscopic Properties of Type Ia Supernova 2018oh with Early Excess Emission from the Kepler 2 Observations

Shappee et al.: Seeing Double: ASASSN-18bt Exhibits a Two-Component Rise in the Early-Time K2 Light Curve

Hozzászólás

hozzászólás