Určení tvaru šokové vlny supernovy SN 2024ggi
Poprvé vědci určili tvar šokové vlny supernovy, když prorazila povrch umírající hvězdy. Supernova SN 2024ggi, která byla spatřena na začátku dubna 2024, 23,6 milionu světelných let od Země, se krátce projevila oválným, olivovým tvarem, než její šoková vlna narazila na okolní materiál. Tato pozorování osvětlila některé z nejasností ohledně velmi raných fází vývoje supernovy.
Tyto detaily by nebyly zřejmé, pokud by událost byla zachycena o den později, což zdůrazňuje vědeckou hodnotu včasného detekování supernov, pohotovost v mobilizaci vybavení k zaměření na zdroj a důležitost různých pozorovacích technik.
„Geometrie výbuchu supernovy poskytuje základní informace o vývoji hvězd a fyzikálních procesech vedoucích k těmto kosmickým ohňostrojům,“ říká astrofyzik Yi Yang z Tsinghua University v Číně, první autor nové studie popisující SN 2024ggi.
Smrt masivní hvězdy je složitý proces vyvolaný vyčerpáním fúzního paliva v jádře dané hvězdy. Hvězdy udržují křehkou rovnováhu. V jejich jádrech se kombinují lehké atomy na těžší prvky – vodík na helium a tak dále. Protože produkty této fúze mají nižší hmotnost než jejich složkové prvky, převislá hmotnost se proměňuje na energii, která dodává tlak udržující hvězdu stabilní.
Pro hvězdy nad určitou hmotností se miliardy let fúzování lehčích prvků na těžší nakonec naplní jejich jádra železem – koncovým bodem fúze. Protože vytváření prvků těžších než železo by spotřebovalo více energie, než kolik uvolňuje, jádro již nemůže generovat vnější tlak, který udržuje hvězdu stabilní. To je spouštěcí bod pro supernovu.
Co se stane dál, se odehrává velmi rychle. Hvězda začne implodovat, vytvářející šokovou vlnu, která se propaguje dovnitř k jádru, kde se odrazí a exploduje ven, prorážejíc povrch hvězdy.
Existuje velmi krátký okamžik, než tato venkovní šoková vlna narazí na pomaleji se pohybující plyn, který hvězda uvolnila v průběhu staletí před její smrtí. Tento krátký okamžik se nazývá fáze breakout – okamžik, kdy šok prorazí povrch hvězdy, následovaný rychlým zábleskem světla, který vybledne během hodin.
Astronomové toho zachytili několik případů v průběhu let, v různých úrovních detailu. Co dělá nová pozorování SN 2024ggi výjimečnými, je spektropolarimetrie pomocí Velkého dalekohledu Evropského jižního observatoře – technika, která měří polarizaci světla v širokém spektru vlnových délek.
„Spektropolarimetrie poskytuje informace o geometrii výbuchu, které jiné typy pozorování nemohou poskytnout, protože úhlové měřítka jsou příliš malá,“ vysvětluje astronom Lifan Wang z Texas A&M University.
Výzkumníci zahájili spektropolarimetická pozorování vývoje SN 2024ggi pouhých 26 hodin po jeho detekci a pokračovali ve sledování po několik dní. Remarkabilní je, že jejich pozorování zachytila fázi breakout a odhalila šokovou vlnu, která nebyla sférická, ale byla protáhlá do olivového nebo fotbalového tvaru podél preferované osy.
„První pozorování bylo během fáze, kdy hmota urychlená výbuchem poblíž středu hvězdy pronikla přes její povrch,“ říká astronom Dietrich Baade z Evropské jižní observatoře. „Po několik hodin byla geometrie hvězdy a jejího výbuchu sledována společně.“
Jak supernova pokračovala ve svém vývoji, astronomové opět viděli tento tvar v expandujícím vodíkem bohatém materiálu, který byl vyvržen ven. To naznačuje, že tvar fáze breakout není náhodný, ale je řízen velkoskalovým mechanismem, který zachovává dobře definovanou preferovanou osu od raných fází až po pozdější vývoj.
Jak však šok pronikal do materiálu, který hvězda před supernovou uvolnila, preferovaná osa se posunula – což naznačuje, že okolní materiál měl jinou orientaci než osu samotného výbuchu. Co to znamená, není jasné, ale jednou z možností je, že hvězda mohla mít (nebo měla) binárního společníka, jehož gravitační vliv formoval její smrt.
To je úžasná věc, kterou lze zjistit z vzdálenosti 23,6 milionu světelných let.
