Prije otprilike 11 300 godina golema zvijezda na rubu smrti započela je svoj posljednji čin. Prolazila je kroz burne faze u kojima je oslobađala golemu energiju i odbacivala vanjske slojeve u svemir, a na kraju je eksplodirala u supernovu. Ostatak te eksplozije danas poznajemo kao Kasiopeja A (Kas A) – jedna od najviše proučavanih ostataka supernove. Nova opažanja rendgenskog teleskopa Chandra otkrivaju dosad neviđene detalje o tome kako je ta zvijezda skončala.
Zvijezda predodređena za kolaps
Matična zvijezda Kas A procjenjuje se na masu između 15 i 20 Sunčevih masa, iako neke procjene idu i do 30. Vjerojatno je riječ bila o crvenom superdivu, premda dio znanstvenika smatra da se možda radilo o tzv. Wolf-Rayet zvijezdi – rijetkoj i vrlo masivnoj zvijezdi s iznimno snažnim zvjezdanim vjetrovima.
Kako god bilo, zvijezda je završila kao supernova kolapsa jezgre. Kada se u središtu nakupio željezni nukleus, daljnja fuzija više nije bila moguća, željezo ne oslobađa energiju spajanjem poput lakših elemenata. Gravitacija je odnijela prevagu, jezgra se urušila, a eksplozija je rastrgala zvijezdu. Svjetlost tog događaja stigla je do Zemlje oko 1660-ih, no nema pouzdanih zapisa da su ga tadašnji promatrači vidjeli golim okom.
Novi uvidi iz Chandre
Ostaci Kas A u novije su vrijeme istraživani na svim valnim duljinama, a najnoviji rad objavljen u časopisu The Astrophysical Journal donosi ključne rezultate.
“Čini se da svaki put kada pomno proučimo Chandrine podatke o Kas A otkrijemo nešto novo i uzbudljivo”, izjavio je Toshiki Sato sa Sveučilišta Meiji u Japanu. “Ovaj put smo neprocjenjive rendgenske podatke povezali s računalnim modelima i pronašli nešto izvanredno.”
Jedan od najvećih izazova u proučavanju supernova jest to što se opažanja obično počinju tek nakon same eksplozije. Završni trenuci života zvijezde gotovo su nemogući za izravno promatranje.
Posljednji sati zvijezde
Unutarnji život masivne zvijezde pred supernovu obilježen je stvaranjem sve težih elemenata, od vodika i helija na površini, preko ugljika i kisika, pa sve do silicija i konačno željeza u središtu. Željezo je “barijera” jer za daljnju fuziju zahtijeva energiju umjesto da je oslobađa. Kada jezgra dosegne masu od oko 1,4 Sunčeve mase, gravitacija prevlada i kolaps je neizbježan.
Chandrini podaci u kombinaciji s modeliranjem sada su pružili rijedak uvid u te posljednje trenutke. “Naše istraživanje pokazuje da je neposredno prije urušavanja u Kas A dio unutarnjeg sloja bogatog silicijem iznenada probio u susjedni sloj prepun neon”, objašnjava suautor Kai Matsunaga sa Sveučilišta u Kyotu. “To je bio nasilan događaj u kojem je granica između slojeva jednostavno nestala.”
Rezultat je bio dvosmjeran: silicij se kretao prema van, dok se neon uvlačio prema unutra. Nastalo je nepravilno miješanje elemenata, male regije bogate silicijem našle su se uz područja bogata neon.
“Spajanje slojeva” – zadnji trzaj prije eksplozije
Istraživači ovaj proces nazivaju shell merger. Riječ je o završnoj fazi života zvijezde kada sloj izgaranja kisika obuhvati vanjske slojeve ugljika i neona duboko u unutrašnjosti. To se događa neposredno prije eksplozije supernove.
“U burnom konvektivnom području koje se tada formira, neon sagorijeva dok tone prema unutrašnjosti, a silicij nastao u dubljim slojevima probija se prema van”, navode autori rada. Do sada su računalni modeli predviđali ovakve procese, no sada su prvi put potvrđeni i izravnim opažanjima.
“Naši rezultati pružaju prvi dokaz da završni procesi nuklearnog sagorijevanja mogu brzo izmijeniti unutarnju strukturu zvijezde i ostaviti asimetričan trag neposredno prije eksplozije”, pišu istraživači.
Asimetrične eksplozije
Dugo se smatralo da supernove kolapsa jezgre eksplodiraju simetrično. Međutim, nova otkrića mijenjaju tu sliku. Nepravilna raspodjela silicija i neona, kao i turbulentna gibanja, pokazatelji su da eksplozija nije bila ujednačena.
Takva asimetrija može objasniti i zašto neutronske zvijezde – guste ostatke supernova – često dobiju “kick“, odnosno ubrzanje, koje ih izbacuje velikim brzinama kroz svemir.
Suautor Hiroyuki Uchida naglašava da ovakvi unutarnji poremećaji možda nisu samo popratni fenomen, već i ključni okidač same eksplozije: “Najvažniji učinak ove promjene u strukturi zvijezde mogao je biti taj što je pomogla potaknuti eksploziju.”
Za astronome ovo je ispunjenje dugotrajnog sna – proučavanje unutarnje građe zvijezda. Premda je izravno opažanje nemoguće, kombinacija Chandre i računalnih simulacija omogućila je prvi stvarni uvid u zadnje sate masivne zvijezde prije eksplozije.
“Ovaj trenutak ne određuje samo sudbinu zvijezde, nego i oblikuje samu prirodu eksplozije,” zaključuju autori. “Asimetričan kolaps stvara drukčije ostatke i daje novu dimenziju našem razumijevanju života i smrti zvijezda.”
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
