Když hvězdy dosáhnou konce svého životního cyklu, mnoho z nich sfoukne jejich vnější vrstvy ve výbušném procesu známém jako supernova. Ačkoli se astronomové o těchto jevech dozvěděli mnoho, díky sofistikovaným nástrojům, které je dokážou studovat na různých vlnových délkách, stále existuje mnoho věcí, které o supernovách a jejich zbytcích nevíme.
Například stále existují nevyřešené otázky o mechanismech, které pohánějí výsledné rázové vlny ze supernovy. Mezinárodní tým vědců však nedávno použil data získaná rentgenovou observatoří Chandra blízké supernovy (SN1987A) a nové simulace k měření teploty atomů ve výsledné rázové vlně.
Studie s názvem „Kolizní šokové zahřívání těžkých iontů v SN 1987A“ se nedávno objevilo ve vědeckém časopise Příroda. Tým vedl Marco Miceli a Salvatore Orlando z University of Palermo v Itálii a byl složen z členů Národního ústavu astrofyziky (INAF), Institutu pro aplikované problémy mechaniky a matematiky a Pennsylvánské státní a severozápadní univerzity .
Pro účely studia tým kombinoval Chandra pozorování SN 1987A se simulacemi pro měření teploty atomů v rázové vlně supernovy. Tím tým potvrdil, že teplota atomů souvisí s jejich atomovou hmotností, což je výsledek, který odpovídá dlouhodobé otázce o rázových vlnách a mechanismech, které je pohánějí.
Jak řekl David Burrows, profesor astronomie a astrofyziky ve státě Penn State a spoluautor studie, uvedl v tiskové zprávě Penn State:
"Výbuchy Supernovy a jejich zbytky poskytují kosmické laboratoře, které nám umožňují zkoumat fyziku v extrémních podmínkách, které nelze na Zemi duplikovat." Moderní astronomické dalekohledy a instrumentace, pozemní i kosmické, nám umožnily provést podrobné studie zbytků supernovy v naší galaxii a blízkých galaxiích. Pravidelně jsme pozorovali zbytky supernovy SN1987A pomocí rentgenové observatoře Chandra NASA, nejlepšího rentgenového dalekohledu na světě, od doby, kdy byla Chandra spuštěna v roce 1999, a pomocí simulací jsme zodpověděli dlouhodobé otázky o rázových vlnách. “
Když větší hvězdy podléhají gravitačnímu kolapsu, výsledný výbuch pohání materiál směrem ven rychlostí až jedné desetiny rychlosti světla, což tlačí rázové vlny do okolního mezihvězdného plynu. Tam, kde rázová vlna narazí na pomalu se pohybující plyn obklopující hvězdu, máte „nárazovou frontu“. Tato přechodná zóna zahřívá chladný plyn na milion stupňů a vede k emisi rentgenových paprsků, které lze pozorovat.
Astronomové se již nějakou dobu zajímají o tuto oblast šokové vlny supernovy, protože označuje přechod mezi výbušnou silou umírající hvězdy a okolním plynem. Jak Burrows přirovnal:
„Přechod je podobný jako u kuchyňského dřezu, když do umyvadla udeří vysokorychlostní proud vody, který plynule proudí ven, dokud náhle vyskočí na výšku a stane se turbulentní. Čela nárazů byla rozsáhle studována v zemské atmosféře, kde se vyskytují v extrémně úzké oblasti. Ale ve vesmíru jsou šokové přechody postupné a nemusí ovlivňovat atomy všech prvků stejným způsobem. “
Zkoumáním teplot různých prvků za šokovou frontou supernovy doufají astronomové, že nám pomohou lépe porozumět fyzice šokového procesu. I když se očekávalo, že teploty prvků budou úměrné jejich atomové hmotnosti, získání přesných měření bylo obtížné. Nejen, že předchozí studie vedly ke konfliktním výsledkům, ale také nezahrnovaly těžké prvky do svých analýz.
Za tímto účelem se tým zaměřil na Supernovu SN1987A, která se nachází ve Velkém Magellanově mračnu a poprvé se objevila v roce 1987. Kromě toho, že byla první supernovou, která byla viditelná pouhým okem od Keplerovy Supernovy (1604), byla nejprve být studován na všech vlnových délkách světla (od rádiových vln k rentgenovým paprskům a gama vlnám) s moderními dalekohledy.
Zatímco předchozí modely SN 1987A se obvykle spoléhaly na jednotlivá pozorování, výzkumný tým použil trojrozměrné numerické simulace, aby ukázal vývoj supernovy. Poté je srovnali s rentgenovými pozorováními, která poskytla Chandra, aby přesně změřili atomové teploty, což potvrdilo jejich očekávání.
"Nyní můžeme přesně měřit teploty prvků tak těžkých jako křemík a železo, a ukázali jsme, že skutečně sledují vztah, že teplota každého prvku je úměrná atomové hmotnosti tohoto prvku," řekl Burrows. "Tento výsledek urovná důležitý problém v porozumění astrofyzikálním rázovým vlnám a zlepšuje naše chápání šokového procesu."
Tato nejnovější studie představuje pro astronomy významný krok a přibližuje je k pochopení mechaniky supernovy. Odemknutím jejich tajemství jsme připraveni dozvědět se více o procesu, který je pro kosmický vývoj zásadní, což je to, jak smrt hvězd ovlivňuje okolní vesmír.
