Όταν τα αστέρια φτάσουν στο τέλος του κύκλου ζωής τους, πολλά θα εκραγούν τα εξωτερικά τους στρώματα σε μια εκρηκτική διαδικασία γνωστή ως σουπερνόβα. Ενώ οι αστρονόμοι έχουν μάθει πολλά για αυτό το φαινόμενο, χάρη σε εξελιγμένα όργανα που μπορούν να τα μελετήσουν σε πολλαπλά μήκη κύματος, εξακολουθούν να υπάρχουν πολλά που δεν γνωρίζουμε για τις σουπερνόβες και τα απομεινάρια τους.
Για παράδειγμα, υπάρχουν ακόμα άλυτα ερωτήματα σχετικά με τους μηχανισμούς που τροφοδοτούν τα προκύπτοντα κύματα σοκ από μια σουπερνόβα. Ωστόσο, μια διεθνής ομάδα ερευνητών χρησιμοποίησε πρόσφατα δεδομένα που ελήφθησαν από το Παρατηρητήριο Ακτίνων Χ Chandra ενός κοντινού σουπερνόβα (SN1987A) και νέες προσομοιώσεις για τη μέτρηση της θερμοκρασίας των ατόμων στο προκύπτον κύμα σοκ.
Η μελέτη, με τίτλο «Σύγκριση συγκρούσεων βαρέων ιόντων σε SN 1987A», εμφανίστηκε πρόσφατα στο επιστημονικό περιοδικό Φύση. Η ομάδα διευθύνονταν από τους Marco Miceli και Salvatore Orlando του Πανεπιστημίου του Παλέρμο της Ιταλίας, και αποτελούταν από μέλη του Εθνικού Ινστιτούτου Αστροφυσικής (INAF), του Ινστιτούτου Εφαρμοσμένων Προβλημάτων στη Μηχανική και Μαθηματικά, και του Πανεπιστημίου Pennsylvania και Northwestern University .
Για χάρη της μελέτης τους, η ομάδα συνδύασε τις παρατηρήσεις του Chandra του SN 1987A με προσομοιώσεις για τη μέτρηση της θερμοκρασίας των ατόμων στο σοκ του σουπερνόβα. Με τον τρόπο αυτό, η ομάδα επιβεβαίωσε ότι η θερμοκρασία των ατόμων σχετίζεται με το ατομικό τους βάρος, αποτέλεσμα που απαντά σε μια μακρόχρονη ερώτηση σχετικά με τα κύματα σοκ και τους μηχανισμούς που τα τροφοδοτούν.
Όπως είπε ο David Burrows, καθηγητής αστρονομίας και αστροφυσικής στο Penn State και συν-συγγραφέας της μελέτης, σε ένα δελτίο τύπου του Penn State:
«Οι εκρήξεις σουπερνόβα και τα απομεινάρια τους παρέχουν κοσμικά εργαστήρια που μας επιτρέπουν να εξερευνήσουμε τη φυσική σε ακραίες συνθήκες που δεν μπορούν να αναπαραχθούν στη Γη. Τα σύγχρονα αστρονομικά τηλεσκόπια και τα όργανα, τόσο επίγεια όσο και διαστημικά, μας επέτρεψαν να πραγματοποιήσουμε λεπτομερείς μελέτες των υπολειμμάτων σουπερνόβα στον γαλαξία μας και στους κοντινούς γαλαξίες. Έχουμε πραγματοποιήσει τακτικές παρατηρήσεις του υπολείμματος σουπερνόβα SN1987A χρησιμοποιώντας το Παρατηρητήριο Ακτίνων Χ Chandra της NASA, το καλύτερο τηλεσκόπιο ακτίνων Χ στον κόσμο, καθώς λίγο μετά την έναρξη του Chandra το 1999 και χρησιμοποιήσαμε προσομοιώσεις για να απαντήσουμε σε μακροχρόνιες ερωτήσεις σχετικά με τα κύματα σοκ. "
Όταν τα μεγαλύτερα αστέρια υφίστανται βαρυτική κατάρρευση, η προκύπτουσα έκρηξη ωθεί το υλικό προς τα έξω με ταχύτητες έως και το ένα δέκατο της ταχύτητας του φωτός, ωθώντας τα κύματα σοκ στο περιβάλλον διαστρικό αέριο. Όταν το κρουστικό κύμα συναντά το αργό κινούμενο αέριο που περιβάλλει το αστέρι, έχετε το «σοκ μπροστά». Αυτή η ζώνη μετάβασης θερμαίνει το δροσερό αέριο σε εκατομμύρια βαθμούς και οδηγεί στην εκπομπή ακτίνων Χ που μπορεί να παρατηρηθεί.
Για αρκετό καιρό, οι αστρονόμοι ενδιαφέρονται για αυτήν την περιοχή του κρουστικού κύματος μιας σουπερνόβα, καθώς σηματοδοτεί τη μετάβαση μεταξύ της εκρηκτικής δύναμης ενός αστέρα που πεθαίνει και του περιβάλλοντος αερίου. Όπως ο Burrows το άρεσε:
«Η μετάβαση είναι παρόμοια με αυτή που παρατηρείται στον νεροχύτη της κουζίνας όταν ένα ρεύμα νερού υψηλής ταχύτητας χτυπά τη λεκάνη του νεροχύτη, ρέει ομαλά προς τα έξω έως ότου πηδήξει απότομα σε ύψος και γίνεται ταραχώδης. Τα σοκ μέτωπα έχουν μελετηθεί εκτενώς στην ατμόσφαιρα της Γης, όπου εμφανίζονται σε μια εξαιρετικά στενή περιοχή. Αλλά στο διάστημα, οι μεταβάσεις σοκ είναι βαθμιαίες και μπορεί να μην επηρεάζουν τα άτομα όλων των στοιχείων με τον ίδιο τρόπο. "
Εξετάζοντας τις θερμοκρασίες διαφορετικών στοιχείων πίσω από το σοκ ενός σουπερνόβα, οι αστρονόμοι ελπίζουν να βελτιώσουν την κατανόησή μας για τη φυσική της διαδικασίας σοκ. Ενώ οι θερμοκρασίες των στοιχείων αναμενόταν να είναι ανάλογες με το ατομικό τους βάρος, η λήψη ακριβών μετρήσεων ήταν δύσκολη. Όχι μόνο προηγούμενες μελέτες οδήγησαν σε αντικρουόμενα αποτελέσματα, αλλά και απέτυχαν να συμπεριλάβουν τα βαριά στοιχεία στις αναλύσεις τους.
Για να το αντιμετωπίσει αυτό, η ομάδα εξέτασε το Supernova SN1987A, το οποίο βρίσκεται στο Μεγάλο Σύννεφο του Μαγγελάνου και έγινε εμφανές για πρώτη φορά το 1987. Εκτός από το ότι ήταν η πρώτη σουπερνόβα που ήταν ορατή με γυμνό μάτι από το Σουπερνόβα του Κέπλερ (1604), ήταν το Πρώτα μελετήθηκε σε όλα τα μήκη κύματος του φωτός (από ραδιοκύματα έως ακτίνες Χ και κύματα γάμμα) με σύγχρονα τηλεσκόπια.
Ενώ τα προηγούμενα μοντέλα του SN 1987A βασίζονταν συνήθως σε μεμονωμένες παρατηρήσεις, η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε τρισδιάστατες αριθμητικές προσομοιώσεις για να δείξει την εξέλιξη του σουπερνόβα. Στη συνέχεια τα συγκρίνουν με τις παρατηρήσεις ακτίνων Χ που παρείχε ο Chandra για να μετρήσουν με ακρίβεια τις ατομικές θερμοκρασίες, οι οποίες επιβεβαίωσαν τις προσδοκίες τους.
«Τώρα μπορούμε να μετρήσουμε με ακρίβεια τις θερμοκρασίες των στοιχείων τόσο βαρύ όσο το πυρίτιο και το σίδηρο, και έχουμε δείξει ότι πράγματι ακολουθούν τη σχέση ότι η θερμοκρασία κάθε στοιχείου είναι ανάλογη με το ατομικό βάρος αυτού του στοιχείου», δήλωσε ο Burrows. "Αυτό το αποτέλεσμα διευθετεί ένα σημαντικό ζήτημα στην κατανόηση των αστροφυσικών κυμάτων σοκ και βελτιώνει την κατανόησή μας για τη διαδικασία σοκ."
Αυτή η τελευταία μελέτη αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό βήμα για τους αστρονόμους, φέρνοντάς τους πιο κοντά στην κατανόηση της μηχανικής ενός σουπερνόβα. Με το ξεκλείδωμα των μυστικών τους, αναμένουμε να μάθουμε περισσότερα για μια διαδικασία που είναι θεμελιώδης για την κοσμική εξέλιξη, η οποία επηρεάζει τον θάνατο των αστεριών στο γύρω Σύμπαν.
