Utólag fedeztek fel csillagrobbanásokat poros galaxisokban: friss eredmény a nyugdíjazott Spitzer adataiból

3932

Hiába járnak elképesztő mértékű energiakibocsátással a csillagok egy részének életét lezáró szupernóva-robbanások, a porban extrém gazdag galaxisokban bekövetkező események a hagyományos – azaz a látható fény tartományában működő – égboltfelmérő programok számára észrevehetetlenek maradhatnak. Egy, NASA-sajtóközleményben is népszerűsített, magyar kutató részvételével készült tanulmány szerzői a Spitzer infravörös-űrtávcső adatai segítségével több, korábban elmulasztott szupernóva nyomaira is rábukkantak.

1044, vagyis az egyes után 44 nulla. Hétköznapi mértékegységben, wattban megadva átlagosan nagyjából ekkora egy csillag pusztulását jelző szupernóva-robbanás teljes energiakibocsátási teljesítménye. Ekkora mennyiséget emberi ésszel nem igazán lehet elképzelni, de a következő összehasonlítás talán kellően szemléletes: míg egy csillagrobbanásban egy másodperc alatt szabadul fel a 1044 joule-nyi energia, addig a Nap teljes, azaz kb. tízmilliárd éves működése során összesen sugároz ki ennyi energiát!

A fentiek tükrében nem meglepő, hogy egy-egy szupernóva-robbanás az eseményt követő napokban, hetekben képes túlragyogni akár saját gazdagalaxisát is, és akár hónapokon keresztül jól észrevehető fényforrás marad. Van azonban egy körülmény, amely adott esetben megnehezítheti, sőt akár meg is akadályozhatja a szupernóvák észlelését – ez pedig a galaxisok látóirányba eső, porban gazdag régióinak sugárzáselnyelő, ill. szóró hatása. A csillagászok már régóta felfigyeltek arra, hogy a nagyon távoli galaxisokban arányaiban jóval kevesebb szupernóva figyelhető meg, mint amennyi a közelebbi galaxisok megfigyelései alapján, illetve az elméleti jóslatokból következne. Ennek a látszólagos ellentmondásnak a magyarázata az lehet, hogy a nagyon távoli, az Univerzum fiatalabb korszakában megfigyelhető galaxisok többségükben még az aktív csillagkeletkezés fázisában vannak, azaz csillagközi gázban és porban jóval gazdagabbak, mint a közeli (egyúttal idősebb) galaxisok többsége.

Egy, néhány héttel ezelőtt a rangos Monthly Notices of the Royal Astronomical Society folyóiratban megjelent tanulmány szerzői – akik között neves amerikai egyetemek kutatói mellett Szalai Tamás, a Szegedi Tudományegyetem Fizikai Intézetének csillagásza is megtalálható – a NASA tavaly nyugdíjazott Spitzer infravörös-űrtávcsövének adatait használták fel, hogy sikerüljön megfigyelésekkel is alátámasztani a fentebb említett teóriát. Ori D. Fox (Space Telescope Science Institute, Baltimore, USA) és munkatársai még 2013–2014 folyamán készítettek felvételeket összesen 40 galaxisról, mindegyikről 7-8 különböző időpontban. A képek a Spitzer legrövidebb, 3,6 mikrométer hullámhosszúságú csatornáján készültek; ezen a hullámhosszon sokkal kisebb a por fényelnyelési és szóró hatása, mint a látható fény tartományában, ugyanakkor a porszemcsék saját, hosszabb hullámhosszakon domináns sugárzása sem jelentkezik még annyira erőteljesen. A Spitzer kapacitásai azt ugyan nem tették lehetővé, hogy nagyon távoli galaxisokban érdemben lehessen rejtőző szupernóvák után kutatni, de a közepes távolságban lévő, (ultra)fényes infravörös galaxisok (angol rövidítésük (U)LIRG) éppen megfeleltek a célnak.

Az Arp 148 jelű kölcsönható galaxispár a NASA Hubble- és Spitzer-távcsövének kompozitképén. A körrel jelzett, vöröses színű objektum a Spitzer segítségével azonosított, korábban nem ismert szupernóva nyoma (NASA/JPL-Caltech).

Fox és kollégái egy több éven keresztül tartó folyamat során, többek között speciális képlevonási módszereket alkalmazva elemezték a rendelkezésre álló felvételeket. Az ún. forward modelling (előremodellezési) eljárás lényege, hogy az eredeti felvételeken fényes, kiterjedt fényforrásként látszó galaxisok képeit szimulációk formájában is előállítják, és ezek levonásával keresik a képmezőben esetlegesen felbukkanó, pontszerű, időben változó fényességű fényforrásokat (jó eséllyel szupernóvákat). Ezzel a módszerrel jóval nagyobb hatásfokkal lehetett dolgozni, mintha csak két, különböző időpontban készült felvételt vontak volna ki egymásból a kutatók, különösen a galaxisok centrumai közelében felbukkanó szupernóvák esetén.

Egy, az NGC 6240 galaxisról készült, egyedi Spitzer-kép (balra fent), illetve két különböző időpontban készült kép különbsége (jobbra fent). Az így keletkező különbségkép minősége, illetve a szupernóva azonosíthatósága nem a legjobb. A bal alsó képen a forward modelling technika alkalmazása, a jobb alsó, végső képen pedig két különböző időpontban készített, az előremodellezésen átesett kép különbsége látható, ami egyértelműen mutatja az egyik ismert szupernóva (SN 2013dc) fénypontját (Fox és mtsai).
A kilenc azonosított szupernóva 3,6 mikrométeres fotometriai adatsorai (abszolút fényesség a felfedezés óta eltelt napok függvényében). A korábbi, publikált adatok alapján azt is meg lehetett vizsgálni, hogy az újonnan talált objektumok melyik szupernóva-kategóriába eshetnek (a kék terület a fehér törpecsillagok végállapotaiként előálló Ia, a piros a nagy tömegű csillagok robbanásaiként előálló II-P szupernóvák lehetséges fényességtartományát mutatja). Az öt, újonnan azonosított szupernóva esetében a robbanás időpontja bizonytalan, ennek mértékét a részben átlátszó, sötétszürke téglalapok szélességei jelzik (Fox és mtsai).

A kutatók erőfeszítéseit végül siker koronázta, hiszen a Spitzer felvételein kilenc olyan szupernóvát is sikerült azonosítaniuk, amelyek a vizsgált 40 galaxis valamelyikében tűntek fel a vizsgálat két éve alatt, és ebből öt szupernóvát az akkori, látható fényben vizsgálódó égboltfelmérések nem találták meg. Ez azt jelenti, hogy a távoli, szintén porgazdag galaxisok esetében a klasszikus égboltfelmérő programok szemei elől akár a csillagrobbanások fele is rejtve maradhat, ami így már az elméleti jóslatok alapján mutatkozó hiányra is magyarázatot adhat. Hozzá kell tenni azonban, hogy ez egyelőre csak egy kezdeti lépés; a pontosabb statisztikai következtetések levonásához további vizsgálatokra van szükség – a következő generációs infravörös-űrtávcsövek valamelyikével.

Forrás: NASA sajtóközlemény
Fox és mtsai, 2021, MNRAS, 506, 4199

Hozzászólás

hozzászólás