Kölcsönhatás kerestetik, avagy sugározhatnak-e hidrogénsávban a hidrogénszegény szupernóvák?

687

Amerikai és magyar kutatók egy speciális hullámhossztartományban végzett felmérés segítségével keresik a nagy energiájú csillagrobbanások és a környezetükben lévő gáz- és poranyag kölcsönhatásának jeleit.

A szupernóva-robbanások és hatásaik tanulmányozása napjaink asztrofizikájának egyik kiemelt fontosságú területe; jelentőségük dacára ugyanakkor rengeteg még az ezekkel az eseményekkel kapcsolatos, nyitott kérdés. A kozmológiai szempontból is az érdeklődés középpontjában lévő termonukleáris (Ia típusú) szupernóvák az elfogadott nézet szerint kettős rendszerben lévő, a normál társkomponensről anyagot összegyűjtő fehér törpecsillagok végső robbanásai (‘single-degenerate’ modell). Egy alternatív elmélet szerint viszont fehértörpe-kettősök összeolvadása is kiválthat ilyen eseményt (‘double-degenerate’ modell). Fontos kérdés, hogy az elméletek közül melyik szolgál valódi magyarázatként az Ia típusú szupernóvák eredetére, vagy esetleg mindkettő az. A szakterület kutatói döntő szerepet tulajdonítanak az esetleges csillagkörüli anyaggal (vagy a fel nem robbanó társcsillaggal) való kölcsönhatások észlelésének, mivel ilyeneket alapvetően az elsőként említett robbanási forgatókönyv esetén várunk.

A másik nagy kategóriát az ún. kollapszár szupernóva-robbanások képezik, amelyek 8 naptömegnél nehezebb csillagok vasmagjának gravitációs összeomlása során mennek végbe, és amelyek fénygörbéi és színképei nagyfokú változatosságot mutatnak. Azt nagyjából világosan látjuk, hogy az egyes kollapszár szupernóva-típusok és a robbanások tulajdonságai elsősorban attól függnek, hogy a szülőcsillag mekkora része dobódott le a robbanás előtti anyagvesztési folyamatok során. Ez közvetlen összefüggésben van a csillag kezdeti tömegével, ugyanakkor egyelőre nem tisztázott, hogy pontosan hogyan befolyásolja ezt és a robbanás menetét a csillagkörüli anyaggal való kölcsönhatás, illetve egy esetleges társkomponens jelenléte.

A szupernóvák két fő csoportja: az egy fehér törpe és egy normál (esetleg óriás-)csillag, vagy két fehér törpe alkotta rendszerekből keletkező termonukleáris (Ia) szupernóvák (balra), valamint a robbanás előtt különböző mértékű tömegvesztési folyamatokon áteső, nagy tömegű csillagokból keletkező kollapszár szupernóvák (jobbra)

Mind a termonukleáris, mind a kollapszár szupernóvák esetében kulcskérdésnek számít tehát, hogy sikerül-e valamilyen formában kimutatni a robbanás során ledobódó, nagy sebességgel (több ezer, vagy akár több tízezer km/s!) táguló gázburok és a közvetlen környezetben lévő, gázban (és esetleg porban) gazdag anyag kölcsönhatását. Utóbbi ugyanis nagy valószínűséggel a felrobbanó csillagról és/vagy az esetleges társkomponensről fújódott le korábbi fejlődési szakaszok során, így észlelésük és vizsgálatuk a csillag(ok) késői fejlődési állapotairól és a szupernóva-robbanás körülményeiről is sok részletet elárulhat. Az említett kölcsönhatások különféle, meglehetősen széles időskálán (néhány órától egészen több száz vagy több ezer évig terjedően) lejátszódó folyamatok lehetnek, amelyek a fizikai jellemzőktől (a burok és a gázanyag hőmérséklete és sűrűsége, vagy a keletkező lökéshullámok jellege) függően különböző hullámhossztartományokban (röntgentől a rádiótartományig terjedően, egyszerre akár többféle tartományban) észlelhető sugárzásként, vagy a sugárzás jellegének (pl. intenzitás vagy polarizációs mérték) megváltozásaként detektálható. Az egyik alapvető probléma az, hogy általában nem lehet tudni előre, hogy egy adott szupernóva környezetében lejátszódik-e valamilyen detektálható kölcsönhatás, és ha igen, mikor és milyen hullámhossztartományban érzékelhető módon fog ez bekövetkezni (arra pedig egyelőre nincsen műszerkapacitás, hogy az évente felfedezett sok ezer szupernóvát egyesével, folyamatosan, minden hullámhossztartományban kövessünk).

Az austini székhelyű Texasi Egyetem, valamint a Szegedi Tudományegyetem kutatóinak (Vinkó József, Szalai Tamás) együttműködésével 2014-ben egy nagyszabású földfelszíni felmérés indult annak érdekében, hogy egy nagyobb mintát megvizsgálva ki lehessen választani néhány olyan szupernóvát, amelyek környezetében valószínűsíthetően zajlik valamilyen kölcsönhatás, ezért további, más műszerekkel végzendő vizsgálatokra is érdemesek. A felmérés során (amelyben az említetteken kívül a San Antonio-i Trinity Egyetem, a kaliforniai Berkeley Egyetem, valamint Magyarországról az MTA CSFK Csillagászati Intézet munkatársai is részt vesznek) a kutatók a texasi McDonald Obszervatórium 2,7 méteres távcsövét használják, amellyel lehetőség van speciális, nagyon keskeny hullámhossztartományban érzékeny szűrőkkel való felvételek elkészítésére. A szakemberek a hidrogén Balmer-alfa vonala körüli, keskeny sávban érzékeny szűrőkkel dolgoznak; ezekkel olyan szupernóvák környezetében keresik a hidrogénsávban keletkező sugárzás jeleit, amelyek esetében magában a robbanás után keletkező, táguló burokban nem várható hidrogén jelenléte (ide tartoznak az Ia szupernóvák, valamint a külső légkörük nagy részét már a robbanás előtt elvesztő, Ib ill. Ic típusú kollapszár szupernóvák), így az ebben a tartományban detektált sugárzás igen jó eséllyel csillagkörüli kölcsönhatás eredménye lehet.

Az SN 2005kl jelű szupernóva az amerikai-magyar kutatócsoport felmérésében készült képeken. Bal oldalon a keskenysávú, hidrogén Balmer-alfa vonalra centrált szűrős felvétel, középen a kissé más hullámhosszon felvett kép a folytonos eloszlású sugárzási komponens járulékának kiszűréséhez, jobb oldalon pedig a két kép különbsége, amely elvileg már csak tisztán a H-alfa sávban keletkező sugárzást tartalmazza. A két sor két különböző időpontban készült sorozatokat jelöl (a két időpont között a szupernóva H-alfa tartományban mért fluxusa 10%-kal csökkent).

A kutatómunka első, mintegy két és fél évig tartó szakaszában a szakemberek 76 galaxisban összesen 99 szupernóvát vizsgáltak meg; ezek közül 38-ról több felvétel is készült, minimum három hónapos időkülönbséggel. A mintában van néhány jól ismert kölcsönható szupernóva, valamint jó néhány olyan, idősebb objektum is, amelyek esetében korábban nem sikerült kölcsönhatás nyomaira bukkanni (de a kutatócsoport feltevése alapján elképzelhető, hogy egyszerűen csak azért nem, mert a környező, kellően sűrű gázanyag messzebb található, mint korábban feltételezték). A csoport a vizsgált mintából 27 esetben talált ténylegesen a hidrogénsávhoz köthető sugárzást (ebből 13 látszik pontszerű forrásnak), és három szupernóva esetében (SN 1985F, SN 2005kl, SN 2012fh) sikerült egyértelmű időbeli változásokat is kimutatni a H-alfa sugárzás intenzitásában, ami megerősítheti azt, hogy az észlelt sugárzás valóban a szupernóvához, és nem pl. valamilyen közeli, hidrogénben gazdag gázfelhőhöz tartozik. Az ismert kölcsönható szupernóvák (SN 2004dk, SN 2014C) esetében is pozitív volt a detektálás, ami a módszer alkalmazhatóságának alátámasztása szempontjából volt fontos.

Az eddigi eredményeket a kutatócsoport az egyik vezető asztrofizikai szaklapnak számító Astrophysical Journal 2017. márciusi számában publikálta, míg a részeredmények ezt megelőzően különböző konferenciákon is ismertetésre kerültek (Szalai T. részéről poszter-prezentáció az Amerikai Csillagászati Társaság 2016. januári éves találkozóján a floridai Kissimmee-ben és előadás a 2016. augusztusi Fizikus Vándorgyűlésen, Szegeden, illetve Vinkó J. részéről poszter-prezentáció a 2016. májusi Sackler-konferencián a bostoni Harvard-Smithonian Asztrofizikai Kutatóközpontban). A résztvevő kutatók jelenleg a földfelszíni adatok és különböző űrtávcsöves mérési adatok (Spitzer, Chandra, HST) összehasonlításán dolgoznak, továbbá folyamatosan adnak be megfigyelési pályázatokat ezekre és egyéb műszerekre a vizsgálatok kiterjesztése céljából.

A kutatásokat amerikai részről az NSF AST-1302771 és AST-1109881 számú pályázatai, magyar részről pedig a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal (NKFIH, régebben OTKA) PD-112325 és NN-107637 számú pályázatai támogatták.

A szakcikk elérhetősége: Vinkó J. és mtsai, 2017, ApJ, 837, 62

Hozzászólás

hozzászólás