A tavaly feltűnt, viszonylag közeli, 2023ixf jelű szupernóva kiváló lehetőséget biztosít az asztrofizikusok arra vonatkozó elméleteinek tesztelésére, hogy a csillagrobbanások hogyan és milyen időskálán gyorsítják közel fénysebességre a kozmikus részecskéket. Meglepő módon azonban a NASA Fermi gamma-űrtávcsöve nem detektálta a várt, nagy energiájú sugárzást az említett szupernóva esetében.
A csillagászok régóta a kozmikus sugárzás (azaz a Földet a világűrből érő, extrém nagy energiájú elemi részecskék és fotonok) jelentős kibocsátóinak tartják az ún. magösszeomlásos szupernóvákat. Ilyen robbanás akkor következik be, amikor egy legalább 8 naptömegű csillag kifogy a fúziós üzemanyagából. Ekkor a mag tömör neutrongömbbé omlik össze, majd a csillaglégkör rázuhanó, külső rétegei erről visszapattanva egy hatalmas energiájú és sebességű lökéshullámot keltenek, ami a környező részecskéket felgyorsítva a Földről is észlelhető kozmikus sugárzást eredményez(het). Ezek a közel fénysebességre gyorsult részecskék pedig az objektumot körülvevő anyaggal való kölcsönhatásaik során extrém nagy energiájú fotonokat, ún. gammasugárzást keltenek.
A Föld atmoszférájával trilliószor trilliónyi kozmikus részecske ütközik naponta. Ezek közel 90%-a hidrogénmagok (vagyis protonok), elektronok vagy pedig nehezebb elemek atommagjai. A kozmikus sugárzás részecskéinek eredetét már az 1900-as évek óta vizsgálják a szakemberek, de visszakövetésük sokszor meglehetősen nehéz. Ennek oka, hogy mire az elektromosan töltött részecskék elérnek a Földig, a pályájukat erősen befolyásolják a különböző mágneses terek, amelyekkel kölcsönhatásba kerülnek. A környezetükben lévő anyaggal való kölcsönhatások során keletkező gammafotonok viszont nem térülnek el a mágneses terekben, így egy-egy kozmikus forrás jól meghatározhatóvá válik, ha a színkép gamma tartományában észleljük.
A szupernóvák nagy hatással vannak a galaxisok csillagközi anyagára is, hiszen a robbanás hulláma és a törmelékfelhő tágulása több mint 50 000 évig is eltarthat. A NASA Fermi-űrtávcsövének mérései szerint a Tejútrendszerünk idős szupernóva-maradványai is még mindig képesek a kozmikus sugárzást alkotó részecskék gyorsítására, amik aztán a csillagközi anyaggal ütközve gammasugarakat bocsátanak ki. Viszont a csillagászok szerint a több száz, ill. több ezer éves maradványok lökéshullámai nem produkálhatnak annyira nagy energiájú (petaelektronvolt nagyságrendű) részecskéket, amelyeket szintén ki szoktak mutatni a földi mérések során.
Egy elmélet szerint a szupernóvák a robbanást követő napokban, illetve néhány hétig alkalmasak leginkább az extrém energiájú kozmikus sugárzás keltésére. Ennek megfigyelése azonban nagyon nehéz, mivel a kellő közelségben robbanó szupernóvák ritkák: évszázadonként csak néhányszor következik be hasonló esemény egy Tejútrendszerhez hasonló galaxisban, így a kb. 30 millió fényéves környezetünkben átlagosan évente egy új magösszeomlásos szupernóva tűnik csak fel.
Az SN 2023ixf jelű szupernóva 2023. május 18-án ragyogott fel a Szélkerék-galaxisban (M101), amely tőlünk mintegy 22 millió fényévre található a Nagy Medve csillagkép irányában. A jelenlegi legérzékenyebb gamma-űrteleszkóp, a Fermi-űrtávcső 2008-as indulása óta ez volt az egyik legfényesebb szupernóva-robbanás a közelünkben, így a „szokásos”, hosszabb hullámhosszúságú méréseken túl lehetőség nyílt a gamma tartományban történő alapos vizsgálatra is.
A várakozások ellenére a Fermi viszont nem detektált gammasugárzást az SN 2023ixf irányából a robbanást követő első egy hónapban. A kutatók szerint az, hogy nem detektálták, nem jelenti azt, hogy nem is keletkezett a robbanást követően nagy energiájú kozmikus sugárzás. Ennek megmagyarázásához azonban alaposabban meg kell vizsgálniuk az elmélet azon részeit, amelyek a gyorsító mechanizmusokra és a környezeti feltételekre vonatkoznak. Pozitív gammadetektálás hiányában a kutatócsoport a kozmikus részecskegyorsítás energiamérlegére vonatkozóan egy felső határt tudott megszabni. Míg az asztrofizikusok korábbi becslése az volt, hogy a szupernóvák a robbanás során felszabaduló energiájuk akár 10%-át a kozmikus sugárzás részecskéinek gyorsítására fordítják, az SN 2023ixf esetében ez az energiaráfordítás legfeljebb csak 1%-nyi lehetett.
Több elmélet is született a törmelékfelhő tágulására és a csillagot körülvevő anyag sűrűségére vonatkozóan arra, hogy mi befolyásolhatta a Fermit a gammasugárzás detektálásának sikertelenségében. Ahhoz viszont, hogy jobban kiismerjék magukat a kozmikus részecskegyorsítás rejtélyes világában, a csillagászoknak az SN 2023ixf más hullámhosszakon felvett adatsorainak további elemzésére, új szimulációk és modellek készítésére, illetve további hasonló, fiatal objektumok tanulmányozására van szükségük.
Az SN 2023ixf Fermi-űrtávcsővel végzett méréseinek elemzését taglaló szakcikk – a Trieszti Egyetem és Innsbrucki Egyetem színeiben kutató Guillem Martí-Devesa vezetésével – az Astronomy and Astrophysics c. folyóiratban jelent meg.
Forrás: Science Daily (2024.04.16.)
