Supernove nisu samo iznimno sjajni i energetski događaji koji mogu mjesecima biti vidljivi na nebu; one oblikuju kemiju i dinamiku galaksija. U takvim eksplozijama nastaju teški elementi koji se šire u okolni prostor i postaju dio materijala iz kojeg se ponovno rađaju zvijezde i planeti. Udarni valovi pritom sabijaju okolni plin i mogu pokrenuti nova rađanja zvijezda, svaki novi zvjezdani sustav nova je prilika za nastanak planeta pogodnih za život. Zbog toga su astrofizičari toliko zainteresirani za supernove.
Eksplozije supernova daleko su od urednih događaja. Zvijezde tijekom života održavaju osjetljivu ravnotežu između gravitacije, koja ih steže prema unutra, i tlaka zračenja, koji ih gura prema van. Dok u svojim jezgrama pretvaraju vodik u helij, postupno gube masu i sve teže zadržavaju stabilnost. U završnim fazama života počinju pulsirati i izbacivati slojeve materijala koji se šire u svemir. Tako se oko njih stvaraju oblaci plina i prašine koji ih obavijaju. Kad se zvijezda nekoliko puta masivnija od Sunca više ne može održati vlastitom težinom, jezgra se urušava, a vanjski slojevi eksplodiraju. Udarni val tada udara u okolni materijal i upravo ta interakcija stvara velik dio svjetlosti koju vidimo kad supernova zasja na nebu.
Modelirati taj sudar teško je i važno. Mnogi su modeli pretpostavljali glatke, stabilne zvjezdane vjetrove, no niz višebojnih opažanja pokazuje da to često nije slučaj. Novi rad predlaže realističniji pristup.
Novi modeli i gdje zapravo tražiti eksplozije
Robert Brose sa Sveučilišta u Potsdamu i njegov tim razvili su računalne modele koji prikazuju kako se udarni val supernove širi kroz okolni materijal promjenjive gustoće. U simulacijama su uključili guste, slojevite oblake plina i prašine na različitim udaljenostima od zvijezde koja je eksplodirala.
Autori navode da rana interakcija udarnog vala supernove s okolnim materijalom može ubrzati čestice do energija reda petaelektronvolta (PeV) – područja koje inače pripada najenergetskijem, gama dijelu spektra. Takvi ekstremni procesi još nisu izravno opaženi, ali simulacije pokazuju da slojevite strukture oko zvijezde mogu snažno pojačati proizvodnju gama-zraka. Pojačana emisija može potrajati godinama, a svoj vrhunac često dostiže tek dugo nakon same eksplozije.
U pojedinim slučajevima, osobito kod ostataka supernova tipa IIP i IIn, sjaj u gama-području može biti i nekoliko redova veličine jači nego u modelima s jednostavnim, glatkim zvjezdanim vjetrovima. Supernove tipa IIn pripadaju kolapsnim eksplozijama koje se prepoznaju po uskim vodikovim linijama, svjetlost im velikim dijelom potječe od sudara udarnog vala s gustom ovojnicom plina. Tip IIP razlikuje se po tzv. “plato” fazi svjetlosne krivulje, razdoblju u kojem sjaj ostaje gotovo nepromijenjen tijekom postupnog slabljenja. “Kod takvih eksplozija maksimum svjetline doseže se tek godinama nakon samog izboja, kad udarni val dosegne vanjske slojeve okolnog materijala,” zaključuju autori.
Znanstvenici su proučili i kako se svjetlost supernove mijenja kroz različite valne duljine dok udarni val prolazi kroz materijal koji je zvijezda izbacila prije eksplozije, slojeve plina i prašine koji je okružuju. Promatrali su cijeli spektar: od radijskih valova, preko vidljive svjetlosti, pa sve do rendgenskih zraka. No najvažniji tragovi nalaze se u gama-zračenju, koje nastaje u najenergetskijim procesima. Različiti izotopi proizvedeni u eksploziji stvaraju jedinstvene “potpise” u gama-zrakama, po kojima se može prepoznati što se točno događa u unutrašnjosti supernove. Kod kolapsnih eksplozija ti signali mogu otkriti i fiziku samog “motora”, središnjeg mehanizma koji pokreće eksploziju. Ovo istraživanje pokazuje da se maksimum gama-zračenja može pojaviti mnogo kasnije nego što se dosad pretpostavljalo.
Modeli upućuju da bi se takvi signali mogli otkriti i na udaljenostima od desetaka megaparseka, barem za neke progenitore. Broseov tim zato predlaže promatračke strategije koje kombiniraju brze optičke preglede neba s kontinuiranim radijskim i milimetarskim praćenjem. Tako se mogu izdvojiti najperspektivnije mete za ciljane kampanje gama-opservatorijima.
Supernove se rijetko otkrivaju izravno putem gama-zraka. U većini slučajeva astronomi ih najprije uoče u optičkom ili radijskom području, a tek zatim usmjeravaju gama-teleskope prema njima. No prema autorima, vrhunac gama-emisije često se pojavljuje mnogo kasnije nego što predviđaju sadašnje strategije promatranja. To predstavlja problem za sustave poput Imaging Atmospheric Cherenkov teleskopa (IACT), koji detektiraju gama-zrake tako što bilježe njihovo Čerenkovljevo svjetlo u Zemljinoj atmosferi i time proširuju energetski raspon dostupan satelitima.
Nakon usporedbe termalne emisije u optičkom i rendgenskom području, koja svoj maksimum doseže nakon gama-zračenja, istraživači ističu da bi optčki pregledi neba visoke učestalosti mogli biti najbolji način da se otkriju najekstremnije supernove tipa IIP koje se sudaraju s gustom strukturom plina. Budući da se u obližnjem svemiru događa relativno malo takvih eksplozija, a razdoblje koje treba pratiti traje tek nekoliko godina, sustavno radijsko i milimetarsko praćenje tih supernova moglo bi biti ključno za prepoznavanje “kasnih” interakcija koje inače lako promaknu.
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.
Fantastic beat I would like to apprentice while you amend your web site how could i subscribe for a blog site The account helped me a acceptable deal I had been a little bit acquainted of this your broadcast offered bright clear concept