Τα σουπερνόβα είναι μερικά από τα πιο ενεργητικά και ισχυρά γεγονότα στο παρατηρήσιμο Σύμπαν. Και ενώ γνωρίζουμε ότι οι σουπερνόβα είναι υπεύθυνοι για τη δημιουργία των βαρέων στοιχείων που είναι απαραίτητα για τα πάντα, από πλανήτες έως ανθρώπους έως ηλεκτρικά εργαλεία, οι επιστήμονες αγωνίζονται εδώ και πολύ καιρό να προσδιορίσουν τους μηχανισμούς πίσω από την ξαφνική κατάρρευση και την επακόλουθη έκρηξη τεράστιων αστεριών.
Τώρα, χάρη στην αποστολή NuSTAR της NASA, έχουμε τις πρώτες μας ισχυρές ενδείξεις για το τι συμβαίνει προτού ένα αστέρι φτάσει στην «έκρηξη».
Η παραπάνω εικόνα δείχνει το υπόλοιπο της σουπερνόβα Cassiopeia A (ή Cas A για συντομία) με δεδομένα NuSTAR με μπλε χρώμα και παρατηρήσεις από το Παρατηρητήριο Ακτίνων Χ Chandra σε κόκκινο, πράσινο και κίτρινο. Είναι το σοκ που έχει απομείνει από την έκρηξη ενός άστρου περίπου 15 έως 25 φορές πιο μαζικό από τον Ήλιο μας πριν από 330 χρόνια * και λάμπει σε διάφορα μήκη κύματος φωτός ανάλογα με τις θερμοκρασίες και τους τύπους των στοιχείων που υπάρχουν.
Προηγούμενες παρατηρήσεις με τον Chandra αποκάλυψαν εκπομπές ακτίνων Χ από διευρυνόμενα κελύφη και νημάτια καυτού αερίου πλούσιου σε σίδηρο στο Cas A, αλλά δεν μπορούσαν να κοιτάξουν αρκετά βαθιά για να πάρουν μια καλύτερη ιδέα για το τι είναι μέσα στη δομή. Μόνο όταν το Nuclear Spectroscopic Telescope Array - αυτό ήταν το NuSTAR σε όσους γνώριζαν - έστρεψε το όραμά του ακτινογραφίας στο Cas A, θα μπορούσαν να βρεθούν τα κομμάτια του παζλ που λείπουν.
Και είναι κατασκευασμένα από ραδιενεργό τιτάνιο.
Έχουν κατασκευαστεί πολλά μοντέλα (χρησιμοποιώντας εκατομμύρια ώρες χρόνου υπερυπολογιστών) για να προσπαθήσουμε να εξηγήσουμε τους υπερκαινοφανείς πυρήνα κατάρρευσης. Ένα από τα κορυφαία έχει το αστέρι να διαλυθεί από ισχυρά τζετ που πυροβολούν από τους πόλους του - κάτι που σχετίζεται με ακόμη πιο ισχυρές (αλλά εστιασμένες) εκρήξεις ακτίνων γάμμα. Αλλά δεν φαίνεται ότι τα τζετ ήταν η αιτία με το Cas A, το οποίο δεν εμφανίζει στοιχειώδη υπολείμματα μέσα στις δομές των αεριωθούμενων αεροσκαφών του… και εκτός αυτού, τα μοντέλα που στηρίζονται μόνο σε αεριωθούμενα αεροπλάνα δεν οδήγησαν πάντοτε σε ένα πλήρες supernova.
Όπως αποδεικνύεται, η παρουσία ασύμμετρων συστάδων ραδιενεργού τιτανίου βαθιά μέσα στα κελύφη του Cas A, που αποκαλύπτεται σε ακτινογραφίες υψηλής ενέργειας από τη NuSTAR, δείχνει μια εκπληκτικά διαφορετική διαδικασία στο παιχνίδι: μια «χαλάρωση» υλικού εντός του προγόνου αστέρι που ξεκινά ένα σοκ, τελικά το διαλύει.
Παρακολουθήστε μια κινούμενη εικόνα για το πώς συμβαίνει αυτή η διαδικασία:
Το χτύπημα, το οποίο συμβαίνει σε χρονικό διάστημα μόλις εκατοντάδων χιλιοστών του δευτερολέπτου - κυριολεκτικά σε ριπή οφθαλμού - παρομοιάζεται με βραστό νερό σε μια σόμπα. Όταν οι φυσαλίδες διαπερνούν την επιφάνεια, ξεσπά ο ατμός.
Μόνο σε αυτήν την περίπτωση, η έκρηξη οδηγεί στην εκπληκτικά ισχυρή έκρηξη ενός ολόκληρου άστρου, ανατινάσσοντας ένα κύμα σωματιδίων υψηλής ενέργειας στο διαστρικό μέσο και διασκορπίζοντας μια περιοδική επιτραπέζια βαριά στοιχεία στον γαλαξία.
Στην περίπτωση του Cas A, το τιτάνιο-44 αφαιρέθηκε, σε συστάδες που αντηχούν το σχήμα της αρχικής ασυμμετρίας. Το NuSTAR μπόρεσε να απεικονίσει και να χαρτογραφήσει το τιτάνιο, το οποίο λάμπει σε ακτίνες Χ λόγω της ραδιενέργειάς του (και όχι επειδή θερμαίνεται με την επέκταση των κραδασμών, όπως άλλα ελαφρύτερα στοιχεία που είναι ορατά στο Chandra.)
«Μέχρι να έχουμε NuSTAR, δεν θα μπορούσαμε πραγματικά να κοιτάξουμε τον πυρήνα της έκρηξης», δήλωσε ο αστρονόμος του Caltech Brian Grefenstette κατά τη διάρκεια τηλεδιάσκεψης της NASA στις 19 Φεβρουαρίου.
«Προηγουμένως, ήταν δύσκολο να ερμηνεύσουμε τι συνέβαινε στο Cas A, επειδή το υλικό που θα μπορούσαμε να δούμε λάμπει μόνο στις ακτίνες Χ όταν θερμαίνεται. Τώρα που μπορούμε να δούμε το ραδιενεργό υλικό, το οποίο λάμπει σε ακτίνες Χ, ανεξάρτητα από το τι, παίρνουμε μια πιο ολοκληρωμένη εικόνα του τι συνέβαινε στον πυρήνα της έκρηξης. "
- Brian Grefenstette, επικεφαλής συγγραφέας, Caltech
Εντάξει, τόσο υπέροχο, λες. Το NuSTAR της NASA βρήκε τη λάμψη του τιτανίου στα απομεινάρια ενός ανατινάχτηκε αστέρα, ο Τσάντρα είδε λίγο σίδερο και ξέρουμε ότι έπεσε και «έβρασε» ένα κλάσμα του δευτερολέπτου πριν εκραγεί. Και λοιπόν?
«Τώρα πρέπει να νοιάζεσαι γι 'αυτό», είπε ο αστρονόμος Ρόμπερτ Κίρσνερ του Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. «Οι σουπερνόβα φτιάχνουν τα χημικά στοιχεία, οπότε αν αγοράσεις ένα αμερικανικό αυτοκίνητο, δεν φτιάχτηκε στο Ντιτρόιτ πριν από δύο χρόνια. τα άτομα σιδήρου σε αυτόν τον χάλυβα κατασκευάστηκαν σε μια αρχαία έκρηξη σουπερνόβα που πραγματοποιήθηκε πριν από πέντε δισεκατομμύρια χρόνια. Και η NuSTAR δείχνει ότι το τιτάνιο που βρίσκεται στο ισχίο αντικατάστασης του θείου σας Jack κατασκευάστηκε και σε αυτή την έκρηξη.
«Είμαστε όλοι αστέρι και η NuSTAR μας δείχνει από πού προήλθαν. Συμπεριλαμβανομένων των ανταλλακτικών μας. Θα πρέπει λοιπόν να το νοιάζετε… και το θείος σας Τζακ. »
Και δεν είναι μόνο οι σουπερνόβα κατάρρευσης πυρήνα που το NuSTAR θα μπορεί να διερευνήσει. Θα εξεταστούν και άλλοι τύποι σουπερνόβα - στην περίπτωση του SN2014J, ενός τύπου Ια που εντοπίστηκε στο M82 τον Ιανουάριο, ακόμα και αμέσως μετά την εμφάνισή τους.
«Γνωρίζουμε ότι αυτά είναι ένα είδος αστέρι λευκού νάνου που εκρήγνυται», δήλωσε ο κύριος ερευνητής της NuSTAR, Fiona Harrison, στο περιοδικό Space κατά τη διάρκεια της τηλεδιάσκεψης. «Αυτά είναι πολύ συναρπαστικά νέα… Ο NuSTAR κοιτάζει το [SN2014J] για εβδομάδες και ελπίζουμε να είμαστε σε θέση να πούμε και κάτι για αυτήν την έκρηξη.»
Ένα από τα πιο πολύτιμα επιτεύγματα των πρόσφατων ευρημάτων της NuSTAR είναι να έχει ένα νέο σύνολο παρατηρούμενων περιορισμών που πρέπει να τεθούν σε μελλοντικά μοντέλα σουπερνόβα πυρήνα κατάρρευσης… που θα βοηθήσουν στην παροχή απαντήσεων - και πιθανώς νέων ερωτήσεων - σχετικά με το πώς εκρήγνυνται τα αστέρια, ακόμη και εκατοντάδες ή χιλιάδες χρόνια μετά.
"Το NuSTAR είναι πρωτοπόρος επιστήμη και πρέπει να περιμένεις ότι όταν λάβεις νέα αποτελέσματα, θα ανοίξει όσες ερωτήσεις θα απαντήσεις", δήλωσε ο Kirshner.
Ξεκίνησε τον Ιούνιο του 2012, το NuSTAR είναι το πρώτο τηλεσκόπιο σκληρής ακτινογραφίας που περιστρέφεται γύρω από τη Γη και το πρώτο τηλεσκόπιο ικανό να παράγει χάρτες ραδιενεργών στοιχείων σε υπολείμματα σουπερνόβα.
Διαβάστε περισσότερα για το δελτίο ειδήσεων JPL εδώ και ακούστε την πλήρη συνέντευξη τύπου εδώ.
* Καθώς το Cas A βρίσκεται 11.000 έτη φωτός από τη Γη, η πραγματική ημερομηνία του σουπερνόβα θα ήταν περίπου 11.330 χρόνια πριν. Δώστε ή πάρτε μερικά.
