Výbuchy supernov: Nové poznatky o explozivní smrti hvězd
Mechanismy za výbuchy supernov masivních hvězd, které mají více než osmkrát hmotnost Slunce, se stále debatují a patří mezi základní otázky, které vědci chtějí prozkoumat.
Pozorování provedená pomocí velmi velkého teleskopu Evropské jižní observatoře odhalila výbuch hvězdy v okamžiku, kdy exploze dosáhla jejího povrchu. Poprvé tým astronomů odhalil tvar výbuchu v jeho nejranější a nejrychlejší fázi, která by již o den později nebyla pozorovatelná, a to pomáhá vyřešit celou řadu otázek o tom, jak se masivní hvězdy proměňují v supernovy.
Když byla supernova SN 2024ggi poprvé detekována v noci 10. dubna 2024, Yi Yang, asistent profesor na Tsinghuanské univerzitě v Pekingu, a hlavní autor nového výzkumu, právě přistál v San Franciscu po dlouhém letu. Uvědomil si, že musí jednat rychle.
O dvanáct hodin později poslal návrh na pozorování, které bylo rychle schváleno, a teleskop VLT namířil na supernovu 11. dubna, pouze 26 hodin po počáteční detekci.
SN 2024ggi se nachází v galaxii NGC 3621 směrem k souhvězdí Hydry, „pouhých“ 22 milionů světelných let daleko, což je blízké s ohledem na astronomické vzdálenosti. S velkým teleskopem a správným nástrojem měl mezinárodní tým šanci odhalit tvar výbuchu hned po jeho nastání.
„První pozorování z VLT zaznamenala fázi, kdy se hmota urychlovala explozi blízko středu hvězdy, která se rychle dostávala na povrch hvězdy. Během několika hodin byla geometrie hvězdy a její exploze pozorována společně,“ vysvětluje Dietrich Baade, astronom z ESO v Německu a spoluautor studie zveřejněné v časopise Science Advances.
Yang dále uvádí, že geometrie výbuchu supernovy „poskytuje základní informace o hvězdné evoluci a fyzikálních procesech, které vedou k těmto kosmickým ohňostrojům“.
Progenitor této supernovy byla červená supergigantická hvězda s hmotností 12 až 15krát vyšší než Slunce a poloměrem 500krát větším, což činí SN 2024ggi klasickým příkladem masivního hvězdného výbuchu.
Během svého života si typická hvězda udržuje svůj kulový tvar díky velmi přesné rovnováze mezi gravitační silou, která ji chce stlačit, a tlakem jejího jaderného motoru, který ji chce expandovat. Když dojde k vyčerpání posledního zdroje paliva, jaderný motor začne selhávat. Pro masivní hvězdy to znamená začátek supernovy: jádro umírající hvězdy se zhroutí, zatímco hmotnostní vrstvy kolem něj padají a odrážejí se zpět.
Tento odraz se šíří směrem ven a narušuje stabilitu hvězdy. Jakmile šoková vlna pronikne povrchem, uvolní obrovské množství energie: supernova se dramaticky rozsvítí a stává se pozorovatelnou.
Během krátkého období lze studovat počáteční tvar supernovy, než výbuch začne interagovat se hmotou kolem umírající hvězdy. Právě to se tomuto týmu podařilo poprvé díky VLT ESO, používajíc techniku nazvanou spektropolarimetrie. „Spektropolarimetrie poskytuje informace o geometrii výbuchu, které jiné typy pozorování nemohou poskytnout, protože úhlové škály jsou příliš malé,“ říká Lifan Wang, spoluautor a profesor na Texas A&M University.
Ačkoliv se hvězda ve výbuchu objevuje jako jediný bod, polarizace jejího světla nese skryté stopy o její geometrii, které tým dokázal rozluštit. Jediný přístroj na jižní polokouli, který je schopen zachytit tvar supernovy prostřednictvím takového měření, je instrument FORS2 nainstalovaný na VLT. S daty z FORS2 zjistil tým astronomů, že počáteční výbuch měl tvar olivy. Jak se výbuch rozšiřoval a narazil na hmotu kolem hvězdy, tvar se splácl, ale osa symetrie výtrysku zůstala stejná.
„Tyto nálezy naznačují společný fyzikální mechanismus, který pohání výbuch mnoha masivních hvězd, a který se projevuje dobře definovanou axiální symetrií a působí na velkých škálách,“ zdůrazňuje Yang. S těmito znalostmi může astronomická komunita již vyloučit některé z aktuálních modelů supernov a přidat nové informace pro zlepšení dalších, čímž přispívá k našemu chápání mocných úmrtí masivních hvězd.
„Toto odhalení nejen přetváří naše chápání hvězdných výbuchů, ale také ukazuje, co lze dosáhnout, když věda překračuje hranice,“ poznamenává Ferdinando Patat, spoluautor a astronom ESO: „Je to mocná připomínka toho, že zvědavost, spolupráce a rychlá akce mohou odemknout hluboké znalosti o fyzice, která utváří náš vesmír.“
