Új, harmadik típusú szupernóvát figyeltek meg

Illusztráció

Eddig kétféle szupernóva-típust ismertünk, de egy japán csillagász már 1980-ban megjósolta, hogy léteznie kell egy harmadiknak. Most először sikerült ezt a harmadik, elektronbefogó típusú szupernóvát a valóságban is megfigyelni. A felfedezés a Rák-köd középkori rejtélyét is új megvilágításba helyezi.

Egy csillagászokból álló nemzetközi kutatócsoport a Nature Astronomy legutóbbi számában adott hírt az új típusú szupernóva megfigyeléséről. A felfedezéssel négy évtizedes jóslat igazolódott be, és gazdagodtak a csillagok életéről és haláláról szerzett ismereteink.

„A csillagászat egyik fő kutatási területe az, ahogy összehasonlítjuk, hogyan fejlődnek és pusztulnak el a különböző csillagok – nyilatkozta Stefano Valenti, a University of California (UC), Davis fizikus-csillagász professzora és a 2018zd jelű szupernóvát felfedező csoport tagja. – Még mindig sok a tudásunkban a fehér folt, úgyhogy ez az eredmény nagyon izgalmas."

Mindeddig kétféle szupernóvát ismertünk. Az összeroskadó mag típusú szupernóva olyankor következik be, amikor egy méretes, a Nap tömegénél több mint 10-szer nagyobb csillag feléli üzemanyagát, és magja neutroncsillaggá vagy fekete lyukká omlik össze. A termonukleáris típusú szupernóva pedig fehér törpék – legfeljebb 8 naptömegnyi méretű csillagmaradványok – robbanását jelenti. 1980-ban a Tokiói Egyetem csillagásza, Ken-Ichi Nomoto megjósolta, hogy léteznie kell egy harmadik típusú szupernóvának, amit ő elektronbefogó típusúnak nevezett.

Illusztráció Forrás: RMirandinha\Deviantart

A legtöbb csillagot a központi magjában előállított energia óvja meg attól, hogy saját gravitációja összeroppantsa. Az elektronbefogó típusú szupernóvában ahogy a csillag elhasználja tüzelőanyagát, a gravitáció a magban lévő elektronokat az atommagok vonzásába préseli, s ettől a csillag összeomlik.

A 2018zd jelű szupernóvát 2018 márciusában, nagyjából a robbanása után 3 órával észlelték. A Hubble Űrteleszkóp és a Spitzer Űrteleszkóp archívumában visszakeresve a szupernóva korábbi helyén egy halvány objektumot találtak, amely feltehetőleg megfelel a csillag robbanás előtti formájának. A szupernóva-robbanás a Földhöz viszonylag közel, a tőlünk kb. 31 millió fényévre található NGC2146 galaxisban történt.

A 2018zd jelű szupernóva Forrás: Joseph Depasquale, STScI

A UC Santa Barbara és a Las Cumbres Obszervatórium doktorandusza, Daichi Hiramatsu vezette csapat a rákövetkező két évben folyamatosan gyűjtötték az adatokat a szupernóváról. A UC Davis csillagászai, köztük Valenti mellett Azalee Bostroem és Yize Dong doktoranduszok két évvel a robbanás után elvégezték a szupernóva spektrális elemzését.

Ennek az analízisnek az eredménye szolgáltatja az egyik bizonyítékot arra, hogy a 2018zd csakugyan elektronbefogó típusú szupernóva volt.

„Rendkívül jó minőségű, kivételesen komplett megfigyelési adatokkal dolgozhattunk, amelyek végigkísérték a szupernóva feltündöklését és elhalványodását" – mondta el Bostroem. Dong hozzátette: az adatok egy részét a robbanás nagyon késői fázisáról a Hawaii-n található W. M. Keck Obszervatórium 10 méteres teleszkópjával gyűjtötték.

Az elmélet azt jósolta, hogy az elektronbefogó típusú szupernóváknak évekkel a robbanás után szokatlan kémiai spektrumot kell mutatniuk.

A Keck-kel megfigyelt spektrumok egyértelműen megerősítik, hogy a 2018zd az eddigi legjobb jelöltünk az elektronbefogó szupernóva címére"

– szögezte le Valenti.

Árulkodó tulajdonságok

Nem a kései spektrumok adták az egyetlen darabot a kirakósjátékba. A csoport tagjai áttekintették a szupernóvákkal kapcsolatos teljes szakirodalmat, és megállapították, hogy bár akadtak már szupernóvák, amelyekre ráillettek az elektronbefogó típus egyes jellemzői, az SN 2018zd az egyetlen, amelynél mind a hat ismertetőjegy fellelhető:

1. elődcsillaga a szuper-aszimptotikus óriás ágba tartozott,
2. a szupernóva-robbanást jelentős tömegvesztés előzte meg,
3. kémiai spektruma szokatlan,
4. a robbanás viszonylag gyenge volt,
5. a kibocsátott radioaktivitás csekély,
6. a mag pedig neutronban gazdag.

„Először azt kérdeztük magunktól: mi ez a fura szerzet? Aztán megvizsgáltuk az SN 2018zd-t mindenféle szempontból, és rájöttünk, hogy az elektronbefogó típusba sorolás valamennyi furcsaságra magyarázatot ad" – emlékezett Hiramatsu.

Egy középkori rejtély is megoldódott

Az új felfedezés a leghíresebb múltbéli szupernóva-robbanás rejtélyeinek némelyikét is tisztázza.

1054-ben szupernóvát figyeltek meg a Tejúton belül, amely korabeli kínai források szerint annyira fényes volt, hogy 23 napon át a nappali égen is tisztán látszott, az éjszakai égbolton pedig csaknem két éven át tündökölt. A robbanás maradványát, a Rák-ködöt a modern csillagászat behatóan tanulmányozta. Mindeddig ez volt a legesélyesebb jelölt az elektronbefogó típusra, de a besorolása körül nagy volt a bizonytalanság, nem utolsó sorban mert a robbanás csaknem ezer évvel ezelőtt történt.

A mostani eredmények azonban hitelt adnak a feltételezésnek, hogy a Rák-köd csakugyan egy elektronbefogó szupernóva kései lenyomata.

A Rák-köd a Bika csillagképben az 1054-ben felvillant szupernóva maradványa Forrás: NASA, ESA, J. Hester and A. Loll (Arizona State University)

„Rendkívüli örömmel tölt el, hogy végre sikerült egy tényleges elektronbefogó szupernóvát felfedeznünk, amiről munkatársaimmal együtt már 40 éve feltételeztük, hogy léteznie kell, s hogy kapcsolatban kell állnia a Rák-köddel. Ez a megfigyelések és az elmélet ötvözésének gyönyörű példája" – nyilatkozta Nomoto, aki szintén a cikk szerzői között szerepel.