Tytan zdradza historę supernowej

[KopalniaWiedzy.pl 317]

Astronomom udało się zajrzeć do wnętrza eksplodującej gwiazdy w ostatnich minutach jej życia. Przeprowadzenie tego typu obserwacji było możliwe dzięki wystrzelonemu w czerwcu 2012 roku satelicie NuSTAR, którego zadaniem jest wykonywanie pomiarów promieniowania X z wysokoenergetycznych źródeł, takich jak supernowe czy czarne dziury.

 

Zespół naukowy NuSTAR poinformował właśnie o wykonaniu dokładnej mapy tytanu, wyrzuconego podczas eksplozji, która utworzyła supernową Kasjopeja A (Cas A). Gwiazda eksplodowała w 1671 roku i jest jedną z najlepiej znanych supernowych. Wielokrotnie widzieliśmy jej zdjęcia wykonane w pasmach widzialnych, podczerwonym oraz X. Wszystkie te fotografie pokazują jednak, w jaki sposób pozostałości eksplodującej gwiazdy oddziaływały z otaczającymi ją gazem i pyłem. NuSTAR utworzył pierwszą mapę emisji promieniowania X pochodzącego z materiału, który powstał we wnętrzu gwiazdy – tytanu-44. Ten radioaktywny pierwiastek pojawił się, gdy wnętrze gwiazdy zapadło się tworząc gwiazdę neutronową lub czarną dziurę.

 

Energia uwolniona podczas kolapsu gwiazdy wyrzuciła jej zewnętrzne warstwy, a wyrzucony materiał pędzi z prędkością 5000 kilometrów na sekundę.

 

„Znaleźliśmy Świętego Graala obserwacji astrofizyki wysokich energii. Po raz pierwszy jesteśmy w stanie zobrazować emisję radioaktywną z pozostałości supernowej. Pozwala nam to badać podstawy fizyki tego typu eksplozji, do których dochodzi w centrum supernowej. Nigdy wcześniej nie mogliśmy wykonać takich badań” - powiedział profesor Steven Boggs, dziekan Wydziału Fizyki Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley.

 

„Supernowe wytwarzają i wyrzucają w przestrzeń większość pierwiastków potrzebnych do powstania życia w znanej nam formie. Wyniki tych badań są niezwykle ekscytujące, bo po raz pierwszy mamy okazję zdobyć informacje o tym, co dzieje się w centrum eksplozji, czyli tam, gdzie pierwiastki te powstają” - dodaje profesor Alex Filippenko.

 

Cas A znajduje się w odległości około 11 000 lat świetlnych od Ziemi i jest najczęściej studiowaną pobliską supernową. Pozostałości po gwieździe, która eksplodowała przed niemal 350 laty, mają już średnicę około 10 lat świetlnych.

 

Wcześniejsze badania żelaza znajdującego się w supernowej sugerowały, że eksplozja była symetryczna. Jednak zdaniem profesora Boggsa pochodzenie żelaza jest niejasne, więc jego rozkład może nie odzwierciedlać tego, co działo się w jądrze eksplodującej gwiazdy. „Nie wiemy, czy żelazo powstało podczas eksplozji czy też wchodziło w skład gwiazdy przed eksplozją, czy znajduje się tylko w otaczającym materiale, ani nawet czy żelazo, które widzimy oddaje prawdziwy rozkład żelaza, gdyż pierwiastka tego nie widzimy, jeśli nie zostanie podgrzany” - wyjaśnia uczony.

 

Utworzona właśnie mapa tytanu-44 nie odpowiada rozkładowi żelaza w zewnętrznych warstwach supernowej. Co więcej, sugeruje ona, że w centrum znajduje się zimne żelazo, którego nie widzimy. Fizyk Andreas Zoglauer zauważa, że tytan i żelazo powstają w tym samym miejscu w gwieździe, zatem ich rozkład powinien być podobny. „Zaskoczyło nas, chociaż to podejrzewaliśmy, że rozkład żelaza w ogóle nie odpowiada rozkładowi tytanu. A to oznacza, że żelazo, które widzimy, nie odpowiada rozkładowi pierwiastków powstały podczas eksplozji” - dodaje Boggs.

 

NuSTAR obserwuje obecnie tytan-44 w innych supernowych. Uczeni chcą się przekonać, czy w innych przypadkach występuje podobny wzorzec rozkładu tego pierwiastka oraz rozkładu żelaza. Przydatne do obserwacji supernowe muszą znajdować się na tyle blisko Ziemi byśmy mogli dostrzec szczegółową strukturę tworzącego je materiału. Muszą też być na tyle młode, by radioaktywny tytan, którego okres półrozpadu wynosi 60 lat, wciąż emitował duże ilości promieni X.