Egy kozmikus hagyma robbanása

Sikerült egy szupernóva-robbanáskor kidobott anyag réteges eloszlását megfigyelni.

Forrás: NASA/JPL-Caltech/L. Rudnick (Univ. of Minn.)A Cassiopeia-A a Spitzer-űrteleszkóp felvételén

A Cassiopeia-A szupernóva-maradvány tőlünk 11 ezer fényévre található ködösség. Eredetileg 15-20 naptömegű csillagának fdelrobbanását mintegy 350 évvel ezelőtt figyelték meg. Közeli helyzete és fiatal kora alapján kitűnő célpont a szupernóva-robbanások következményeinek vizsgálatára.

A szupernóva-robbanás előtt a csillagok belső szerkezete részben egy hagymára emlékeztet, ahol befelé haladva egyre nehezebb atommagok találhatók. Ezek a mag felé közeledve egyre forróbb fúziós reakciók keretében jöttek létre. Míg hidrogén-atommagokat például csak a legkülső rétegben találhatunk, a szén és az oxigén beljebb, a neon még mélyebben, a vas pedig egészen a centrumban fordul elő.

Az egyik nagy kérdés az, hogy a robbanás kataklizmájában milyen folyamatok zajlanak a megsemmisülő csillagban, és miként alakul át a fent vázolt belső szerkezet. Eddig csak annyit tudtunk, hogy a robbanást megelőző pillanatokban zajló összeomláskor egyes tartományok a szomszédjuknál gyorsabban süllyednek, és a centrumban kialakuló neutroncsillagnak aszimmetrikusan ütköznek neki. Azt azonban, hogy a kifelé induló lökéshullám miként szakítja le a külső rétegeket, pontosan nem ismerjük. Elképzelhető, hogy a csillag hagymahéj jellegű szerkezete részben megőrződik, és a kirepült törmelék eloszlásában utólag is felismerhető. Néhány erre utaló megfigyelés már készült korábban, de a teljes kép eddig igen hiányos volt. Nem derült ki, hogy a hiába keresett szerkezetek vajon a rétegek korábbi összekeveredésétől, avagy egyszerűen a megfigyelés nehézsége miatt nem mutatkoznak.

Jessica Ennis és Lawrence Rudnick (University of Minnesota) a Cassiopeia-A esetében a Spitzer-űrteleszkóppal próbáltak a kérdésre választ találni. Az infravörös megfigyelések arra utalnak, hogy az objektum eredeti réteges belső szerkezete részben megőrződött, de egyes "darabjai" eltérő sebességgel repültek ki. A megfigyelések alapján jelenleg az alábbi kép vázolható fel.

A felső ábra a robbanás előtti állapotban, leegyszerűsítve mutatja a csillag szerkezetét, ahol a hagymahéjakhoz hasonló, eltérő színekkel jelölt rétegek eltérő atommagokban gazdagok. Az alsó ábrán a most nyert eredmények alapján a visszamaradt anyag jelenlegi állapota látható. Mivel az egyes rétegek különböző sebességgel repültek ki, csak részben őrzik az eredeti hagymahéj jellegű szerkezetet.

A rajzon lévő két vékony, fehér gyűrű két lökéshullámfrontot jelez. A robbanás során kb. 7500 km/s-al táguló lökéshullám alkotja a külső gyűrűt. Ezt beljebb egy második front követi, az előzőtől enyhén lemaradva. Miközben a külső hullám belerohan a környezetben lévő, a haldokló égitest által még korábban ledobott anyagba, részben lelassul, és egy sokkal lassabb másodlagos, bizonyos értelemben "visszapattant" lökéshullám keletkezik.

A mellékelt felvételt 2006. október 26-án készítette a Spitzer-űrteleszkóp a Cassiopeia-A szupernóva-maradványról. A kék szín a 3,6 mikrométeres, a zöld a 4,5 mikrométeres, a vörös pedig a 8 mikrométeres hullámhosszakon észlelt hősugárzást mutatja. A külső kékes színű burok az a tartomány, amelyen a külső hullám már korábban áthaladt, és emiatt elég forró, így erős röntgensugárzást bocsát ki. A fényesebb és beljebb lévő zöld, sárga és vörös szín a lassabban haladó hullám által gerjesztett, alacsonyabb hőmérsékletű anyagot mutatja.

A Spitzer-űrtelszkóp infravörös felvétele a Cassiopeia-A 8,2x8,2 ívperc méretű környezetéről (NASA/JPL-Caltech/L. Rudnick (Univ. of Minn.)

A csillag eredeti anyagának gyorsabban kidobott részével előbb lépett kölcsönhatásba a külső lökéshullám, ezért annak több ideje volt felforrósodni. Az innen száramzó sugárzás ezért a nagyenergiájú röntgen- és az optikai tartományban is jelentkezik. A lassabban kirepült anyag csak később találkozott a lökéshullámmal, és ezért eddig még nem melegedett fel annyira. Az itt lévő anyag - alacsonyabb hőmérséklete révén - csak alacsonyabb energiákon, például az infravörös tartományban sugároz. Az itt található neon, oxigén és alumínium atomok hősugárzását rögzítették most a Spitzer-űrteleszkóppal.

Összefoglalva: a csillag robbanás előtti, réteges szerkezete eltorzulva, de részben a robbanás után, a kirepülő anyagban is megfigyelhető. Fontos ismét megjegyezni, hogy a kirepült részek sebessége eltérő. A robbanás tehát annyira nem kaotikus, hogy teljesen összekeverje a csillag belső anyagát a megsemmisülés pillanatában. Ezekből kiindulva feltehetőleg sikerül majd pontosítani a szupernóva-robbanásokat leíró mai modelljeinket.

Kereszturi Ákos