Astronomi su uspjeli snimiti dvije zvjezdane eksplozije, takozvane nove, svega nekoliko dana nakon izbijanja i u dosad neviđenoj razlučivosti. Rezultati pokazuju da su ti događaji mnogo složeniji nego što se mislilo, s višestrukim mlazovima izbačenog materijala i, u nekim slučajevima, znatnim kašnjenjem u njegovu izbacivanju.
Novo međunarodno istraživanje, objavljeno u časopisu Nature Astronomy, oslanja se na interferometriju, naprednu tehniku promatranja koja se koristi u Centru za astronomiju visoke kutne razlučivosti (CHARA Array) u Kaliforniji. Kombiniranjem svjetlosti više teleskopa istraživači su postigli dovoljnu oštrinu slike da izravno prate razvoj eksplozija koje se mijenjaju iz noći u noć.
“Slike nam pružaju krupan plan toga kako se materijal izbacuje sa zvijezde tijekom eksplozije”, rekla je Gail Schaefer sa Sveučilišta Georgia State, direktorica niza teleskopa CHARA Array. “Hvatanje ovakvih prolaznih događaja zahtijeva veliku fleksibilnost u planiranju noćnih promatranja čim se pojave nove mete od posebnog interesa.”
Nove nastaju kada se na površini gustog zvjezdanog ostatka, bijelog patuljka, nagomila dovoljno materijala s prateće zvijezde u binarnom sustavu da započne nekontrolirana nuklearna reakcija. Donedavno su astronomi početne faze takvih erupcija mogli proučavati samo neizravno, jer se šireći omotač materijala na snimkama pojavljivao kao jedna jedina, nerazlučiva točka svjetlosti.
Razumijevanje načina na koji se izbačeni materijal oslobađa i međusobno sudara ključno je za objašnjenje stvaranja šok valova u novama, koje je prva prepoznao NASA-in teleskop Fermi Large Area Telescope (Fermi-LAT). U prvih 15 godina rada Fermi-LAT detektirao je emisiju gama-zraka u GeV području energije iz više od 20 nova, čime je potvrdio da su nove izvori gama-zračenja u našoj galaksiji i pokazao njihov potencijal kao višeglasničkih izvora.
Dva različita izboja nova iz 2021.
Tim je promatrao dvije vrlo različite nove koje su eksplodirale 2021. godine. Prva, Nova V1674 Herculis, bila je među najbržima ikad zabilježenima, jer je naglo posvijetlila i zatim izblijedjela u tek nekoliko dana. Snimke su otkrile dva jasno odvojena, međusobno okomita mlaza plina, što upućuje na to da je eksplozija bila potaknuta višestrukim, međusobno interaktivnim izbačajima materijala. Posebno je značajno da su se ti novi mlazovi pojavili na slikama upravo u razdoblju kada je NASA-in svemirski teleskop Fermi Gamma-ray Space Telescope zabilježio visokoenergetske gama-zrake, izravno povezujući šokovima pogonjenu emisiju s međusobnim sudarima tih mlazeva.
Druga nova, Nova V1405 Cassiopeiae, napredovala je znatno sporijim tempom. Neočekivano, zadržala je svoje vanjske slojeve više od 50 dana prije nego što je došlo do njihova izbacivanja, što predstavlja prvi jasan dokaz odgođenog oslobađanja omotača. Kada je materijal konačno izbačen u okolni prostor, sudari u izbačenim slojevima stvorili su nove šokove koji su ponovno proizveli gama-zrake zabilježene NASA-inim teleskopom Fermi.
“Ova promatranja omogućuju da se zvjezdana eksplozija prati u stvarnom vremenu, što je iznimno složeno i dugo se smatralo gotovo nedostižnim”, rekao je Elias Aydi, glavni autor rada i profesor fizike i astronomije na Sveučilištu Texas Tech. “Umjesto da vidimo samo jednostavan bljesak svjetlosti, sada otkrivamo pravu složenost razvoja tih eksplozija. To je kao da se s mutne crno-bijele fotografije prelazi na video visoke razlučivosti.”
Razotkrivanje skrivenih struktura u izbačenom plinu
Mogućnost razlučivanja tako finih detalja proizlazi iz upotrebe interferometrije, iste tehnike koja je omogućila snimanje slike crne rupe u središtu naše galaksije. Oštre snimke nova dopunjene su spektroskopskim mjerenjima s velikih zvjezdarnica, među kojima se ističe opservatorij Gemini, koji je pratio promjene u karakterističnim spektroskopskim potpisima izbačenog plina. Kako su se u spektrima pojavljivale nove značajke, pokazalo se da se podudaraju sa strukturama vidljivima na interferometrijskim slikama, što je pružilo snažnu potvrdu jedan-na-jedan kako se mlazovi materijala oblikuju i međusobno sudaraju.
“Ovo je izvanredan iskorak”, rekao je John Monnier, profesor astronomije na Sveučilištu Michigan, suautor studije i stručnjak za interferometrijsko snimanje. “Činjenica da sada možemo gledati kako zvijezde eksplodiraju i odmah vidjeti strukturu materijala koji biva izbačen u svemir doista je izvanredna. Otvara se novi prozor u neke od najdramatičnijih događaja u svemiru.”
Posljedice za fiziku zvijezda i šok valova
Rezultati ne otkrivaju samo neočekivanu složenost u ponašanju nova nego pomažu objasniti i podrijetlo snažnih šok valova, za koje se zna da proizvode visokoenergetsko zračenje poput gama-zraka. NASA-in teleskop Fermi pokazao se ključnim instrumentom za razotkrivanje te veze, čime su nove potvrđene kao prirodni laboratoriji za proučavanje fizike šokova i ubrzavanja čestica.
“Nove su mnogo više od vatrometa u našoj galaksiji, one su laboratoriji ekstremne fizike”, rekla je profesorica Laura Chomiuk sa Sveučilišta Michigan State, suautorica rada. “Time što vidimo kako i kada se materijal izbacuje, napokon možemo povezati nuklearne reakcije na površini zvijezde, geometriju izbačenog materijala i visokoenergetsko zračenje koje detektiramo iz svemira.”
Ovi nalazi dovode u pitanje dugogodišnje shvaćanje da su erupcije nova jednokratan, kratkotrajan događaj. Umjesto toga, upućuju na čitav niz scenarija izbacivanja, uključujući višestruke mlazove i odgođeno oslobađanje omotača, što mijenja sliku o tim kozmičkim eksplozijama.
“Ovo je tek početak”, zaključio je Aydi. “Uz više ovakvih promatranja napokon možemo početi odgovarati na velika pitanja o tome kako zvijezde žive, umiru i utječu na svoju okolinu. Nove, koje su se nekoć smatrale jednostavnim eksplozijama, pokazuju se mnogo složenijima i fascinantnijima nego što se zamišljalo.”
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.
