Porgyárra leltek a Nagy Magellán-felhő szupernóva-maradványában

258

Az ALMA szubmilliméteres távcsőrendszer felvételén nagy mennyiségű hideg por látszik az SN 1987A szupernóva maradványának belsejében; az eredmény fontos lépés lehet a csillagközi porszemcsék eredetének vizsgálatában.

A csillagközi térben lévő por (amelynek szemcséi jellemzően néhány század és néhány tized mikrométer közötti átmérőjűek, lehetséges összetevőik pedig szilikátok, amorf szén, grafit és fém-oxidok) számos asztrofizikai folyamatban, többek között a molekulaképződésben, a fény-anyag kölcsönhatásokban és a bolygókeletkezésben is nagyon fontos tényezőnek számít. A kozmikus porszemcsék mennyisége a csillagközi anyagnak átlagosan mintegy 1 százalékát teszi ki, eredetükkel kapcsolatban azonban sok még a nyitott kérdés. A szűkebb kozmikus környezetünkben végzett megfigyelések alapján a csillagközi por elsődleges forrásai a Napunkhoz hasonló, kis tömegű csillagok késői fejlődési szakaszában, az ún. aszimptotikus óriáságon (asymptotic giant branch, AGB) lévő égitestek. Ezekben a csillagokban az intenzív konvekció révén a fúziós folyamatok során kialakult szén- és oxigénatomok egy része a csillag külső tartományaiba, onnan pedig – az atmoszféra nagymértékű kiterjedése miatt fellépő, folyamatos anyagkiáramlás során – a csillagkörüli térbe kerül, ahol a megfelelő hőmérsékletű, nyomású és sűrűségű térrészekben sor kerülhet a szemcseképződésre.

Ugyanakkor az AGB-csillagok egyedüli, jelentős porforrásokként betöltött szerepe erősen kérdéses. Számos, a távoli infravörös és szubmilliméteres tartományban készült megfigyelési adatsor utal ugyanis arra, hogy már a fiatal, néhány százmillió éves galaxisok portartalma is jelentős. Ez az eredmény viszont nehezen kapcsolható össze az AGB-csillagok révén történő porképződéssel, mivel ezen fejlődési állapot eléréséhez a kis tömegű csillagoknak – jelenlegi tudásunk szerint – legalább egymilliárd évre van szükségük. Eszerint tehát a korai galaxisokban további porforrásoknak is létezniük kellett, amelyek közül a Napnál legalább nyolcszor nagyobb tömegű csillagok szupernóva-robbanásai tűnnek a legígéretesebb jelölteknek. Az ilyen csillagok átlagos élettartama jóval rövidebb (néhány százezertől néhány tízmillió év), mint kisebb tömegű társaiké, így jelentős szerepet tölthettek be a korai Univerzum (és talán a későbbi időszakok) porképződési folyamataiban.

A szupernóváknak a kozmikus porképződésben játszott szerepét több évtizede vizsgálják a kutatók. A számítások szerint ezen csillagrobbanások egy részénél jelentősebb mennyiségű porképződésre van esély, ami összességében egyúttal fedezné a távoli galaxisok becsült portartalmát. Bár a nyolcvanas évektől kezdve (elsősorban infravörös űrtávcsövek mérései alapján) jó pár szupernóva esetében sikerült porképződésre utaló jeleket találni, az ezekből a megfigyelésekből származó portömeg-becslések jellemzően nagyságrendekkel kisebbnek adódtak az elméleti jóslatok alapján várt értékeknél. A terület szakértői több lehetséges okot is találtak a nagy mértékű eltérés magyarázataként; ezek közül az egyik az, hogy a keletkező por nagy része a korábbi infravörös űrtávcsövek érzékenységi tartományánál alacsonyabb, mindössze 20-50 K hőmérsékletű lehet. Ezt a hőmérsékleti sugárzást a távoli infravörös és szubmilliméteres hullámhossztartományban lehet detektálni, de ilyen típusú megfigyelésekre alkalmas, kellően nagy felbontású eszköz egészen a közelmúltig nem állt rendelkezésre.

A 2011-ben indult, azóta csaknem teljes kapacitással üzemelő ALMA (Atacama Large Millimeter Survey) távcsőrendszertől több fronton is áttörést várnak a csillagászok; most úgy tűnik, a szupernóvák és a kozmikus porképződés kapcsolatát illetően meg is történt az első fontos lépés. Remy Indebetouw (National Radio Astronomy Observatory / University of Virginia) és munkatársai közelmúltbeli bejelentése szerint a Chilében lévő műszeregyüttes segítségével mintegy 0,25 naptömegnyi hideg port találtak a Tejútrendszer legnagyobb kísérőgalaxisában, a Nagy Magellán-felhőben felrobbant SN 1987A szupernóva maradványának belsejében. Bár a kérdéses szupernóvát (amely az 1604-ben megfigyelt, a saját Galaxisunkban feltűnő szupernóva óta a legközelebbi detektált csillagrobbanás) korábban több távcsővel is vizsgálták, az ALMA minden eddiginél jobb felbontása és érzékenysége segítségével sikerült a modellszámításokkal nagyságrendileg egyező tömegű, a robbanást követően keletkező port kimutatni.

20140301_sn1987a_por1
Az SN 1987A szupernóva színes kompozit képe: ALMA (szubmilliméter – vörös szín), Hubble-űrtávcső (optikai – zöld szín), Chandra-űrtávcső (röntgen – kék szín). Az ALMA-mérések mutatják a robbanást követően keletkező, hideg port (forrás: R. Indebetouw et. al, A. Angelich (NRAO/AUI/NSF); NASA/STScI/CfA/R. Kirshner; NASA/CXC/SAO/PSU/D. Burrows et al.).

A szubmilliméteres távcsőrendszer felvételein jól megfigyelhető a porképződés helye is, ami további támpontokat adhat a kutatóknak a távolabbi (ennyire részletesen az ALMA-val sem vizsgálható) szupernóvák tanulmányozásához. Bár a mostani eredmények valóban mérföldkőnek számítanak, néhány év (vagy évtized) múlva további fontos felfedezésekre is lehet számítani az SN 1987A-t illetően. A nagy sebességgel táguló szupernóva-maradvány ugyanis pár évvel a robbanást követően beleütközött a környező csillagközi anyagba (ennek hatása egy fénylő gyűrűként jelent meg a felvételeken); a kölcsönhatás következtében pedig kialakult egy lökéshullám, amely visszafelé, a maradvány belseje irányába terjed. Ha ez eléri a porkeletkezési régiót, akkor várhatóan a szemcsék egy részének megsemmisülését okozza majd. Az ezt követően készülő mérések pedig részben választ adhatnak arra a szintén nyitott kérdésre, hogy a szupernóva-robbanások következtében keletkező por mekkora része marad meg hosszú távon, és épül be a csillagközi anyagba.

20140301_sn1987a_por2
Fantáziakép az SN 1987A táguló maradványáról, belsejében a frissen keletkező porral és külső részén a robbanás és a csillag által korábban ledobott anyag kölcsönhatása révén létrejövő gyűrűvel. (Forrás: Alexandra Angelich (NRAO/AUI/NSF).

Az eredményeket bemutató szakcikk az Astrophysical Journal folyóirat 2014. februári számában jelent meg.

Forrás: NRAO News, 2014.01.06.
Kapcsolódó cikk: Porgyártó(?) szupernóvák (Fizikai Szemle, 2010/12., 399. o.)

Hozzászólás

hozzászólás