Μια έκρηξη σουπερνόβα έγινε πριν από 1.000 χρόνια - Οι αστρονόμοι τώρα βρήκαν τα απομεινάρια

Για έξι μήνες το 1181, ένα αστέρι που πέθαινε άφησε ένα σημάδι στον νυχτερινό ουρανό.

Το εντυπωσιακό αντικείμενο εμφανίστηκε τόσο φωτεινό όσο ο Κρόνος στην περιοχή του αστερισμού της Κασσιόπης και τα ιστορικά χρονικά από την Κίνα και την Ιαπωνία το κατέγραψαν ως «φιλοξενούμενο αστέρι».

Οι Κινέζοι αστρονόμοι χρησιμοποιούσαν αυτόν τον όρο για να δηλώσουν ένα προσωρινό αντικείμενο στον ουρανό, συχνά έναν κομήτη ή ,όπως στην προκειμένη περίπτωση, ένα σουπερνόβα, μια κατακλυσμική έκρηξη ενός άστρου στο τέλος της ζωής του.

Το αντικείμενο, γνωστό σήμερα ως SN 1181, είναι ένα από τα ελάχιστα σουπερνόβα που έχουν καταγραφεί πριν από την εφεύρεση των τηλεσκοπίων, και έχει προβληματίσει τους αστρονόμους για αιώνες.

Τώρα, μια νέα μελέτη έχει για πρώτη φορά περιγράψει λεπτομερώς το SN 1181 δημιουργώντας ένα υπολογιστικό μοντέλο της εξέλιξης του σουπερνόβα από αμέσως μετά την εμφάνιση της αρχικής έκρηξης μέχρι σήμερα.

Η ερευνητική ομάδα συνέκρινε το μοντέλο με τις αρχειακές παρατηρήσεις των τηλεσκοπίων του νεφελώματος - του γιγάντιου νέφους αερίων και σκόνης, που είναι ορατό μέχρι σήμερα και αποτελεί το απομεινάρι του μνημειώδους γεγονότος.

Οι ερευνητές δήλωσαν ότι η ανάλυση υποδεικνύει έντονα ότι ο SN 1181 ανήκει σε μια σπάνια κατηγορία σουπερνόβα που ονομάζεται Τύπος Ιάξ, στην οποία η θερμοπυρηνική έκρηξη θα μπορούσε να είναι το αποτέλεσμα όχι ενός αλλά δύο λευκών νάνων που συγκρούστηκαν βίαια αλλά δεν κατάφεραν να εκραγούν εντελώς, αφήνοντας πίσω τους ένα «αστέρι-ζόμπι».

«Υπάρχουν 20 ή 30 υποψήφιοι σουπερνόβα τύπου Ιάξ», δήλωσε ο Τακατόσι Κο, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης που δημοσιεύθηκε στις 5 Ιουλίου στο The Astrophysical Journal.

«Αλλά αυτό είναι το μοναδικό που γνωρίζουμε στον δικό μας γαλαξία».

Ο Ko είναι διδακτορικός φοιτητής αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο του Τόκιο.

Επιπλέον, η μελέτη διαπίστωσε ότι, ανεξήγητα, αστρικός άνεμος υψηλής ταχύτητας, που είχε ανιχνευθεί σε προηγούμενες μελέτες, άρχισε να φυσάει από την επιφάνεια του «άστρου-ζόμπι» μόλις πριν από 20 χρόνια, προσθέτοντας στη μυστηριώδη αύρα του SN 1181.

Το ξεκλείδωμα του μηχανισμού πίσω από αυτό το συμβάν σουπερνόβα θα μπορούσε να βοηθήσει τους αστρονόμους να κατανοήσουν καλύτερα τη ζωή και το θάνατο των άστρων και πώς συμβάλλουν στο σχηματισμό πλανητών, λένε οι ειδικοί.

Αποτυχημένη έκρηξη ενός σουπερνόβα

Οι αστρονόμοι χρειάστηκαν 840 χρόνια για να λύσουν τον πρώτο μεγάλο γρίφο του SN 1181, να εντοπίσουν τη θέση του στο Γαλαξία μας.

Το ετοιμοθάνατο άστρο ήταν ο τελευταίος προ-τηλεσκοπικός σουπερνόβα χωρίς επιβεβαιωμένο υπόλειμμα, μέχρι που το 2021 ο Άλμπερτ Ζίλστρα, καθηγητής αστροφυσικής στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ στην Αγγλία, τον εντόπισε σε ένα νεφέλωμα στον αστερισμό της Κασσιόπης.

Η ερασιτέχνης αστρονόμος Ντάνα Πάτσικ ανακάλυψε το νεφέλωμα το 2013 όταν έψαχνε στο αρχείο του Wide-Field Infrared Survey Explorer της NASA, ή WISE.

Αλλά ο Ζίλστρα, ο οποίος δεν συμμετείχε στη νέα μελέτη, ήταν ο πρώτος που έκανε τη σύνδεση με το SN 1181.

«Κατά τη διάρκεια (της κορύφωσης) του Covid, είχα ένα ήσυχο απόγευμα και καθόμουν στο σπίτι», δήλωσε ο Ζίλστρα.

«Ταίριαξα τον σουπερνόβα με το νεφέλωμα χρησιμοποιώντας αρχεία από αρχαίους κινεζικούς καταλόγους. Νομίζω ότι αυτό έχει γίνει πλέον γενικά αποδεκτό, πολλοί άνθρωποι το έχουν εξετάσει και έχουν συμφωνήσει ότι φαίνεται να είναι σωστό. Αυτό είναι το απομεινάρι αυτού του σουπερνόβα».

Το νεφέλωμα απέχει περίπου 7.000 έτη φωτός από τη Γη και στο κέντρο του υπάρχει ένα γρήγορα περιστρεφόμενο αντικείμενο στο μέγεθος της Γης που ονομάζεται λευκός νάνος, ένα πυκνό, νεκρό άστρο που έχει εξαντλήσει τα πυρηνικά του καύσιμα.

Το χαρακτηριστικό αυτό είναι ασυνήθιστο για ένα υπόλειμμα σουπερνόβα, επειδή η έκρηξη θα έπρεπε να έχει εξαφανίσει τον λευκό νάνο.

Ο Ζίλστρα και οι συν-συγγραφείς του έγραψαν τον Σεπτέμβριο του 2021 μια μελέτη σχετικά με την ανακάλυψη.

Η έκθεση πρότεινε ότι ο SN 1181 μπορεί να ανήκει στην ασύλληπτη κατηγορία σουπερνόβα τύπου Ιάξ λόγω της παρουσίας αυτού του λευκού νάνου «ζόμπι».

Στον πιο συνηθισμένο σουπερνόβα τύπου Ια, ένας λευκός νάνος που σχηματίζεται όταν ένα ηλιοειδές άστρο εξαντλεί τα καύσιμά του αρχίζει να συσσωρεύει υλικό από ένα άλλο κοντινό άστρο.

Πολλοί αστέρες υπάρχουν σε ζεύγη, ή ένα δυαδικό σύστημα, σε αντίθεση με τον ήλιο.

Ο λευκός νάνος συσσωρεύει υλικό έως ότου καταρρεύσει κάτω από τη δική του βαρύτητα, αναζωπυρώνοντας την πυρηνική σύντηξη με μια τεράστια έκρηξη που δημιουργεί ένα από τα λαμπρότερα αντικείμενα στο σύμπαν.

Ο σπανιότερος τύπος Ιάξ είναι ένα σενάριο στο οποίο αυτή η έκρηξη, για κάποιο λόγο, σταματά. «Μια πιθανότητα είναι ότι ο τύπος Ιάξ δεν είναι τόσο μια έκρηξη, όσο μια συγχώνευση δύο λευκών νάνων», δήλωσε ο Ζίλστρα.

«Οι δύο έρχονται μαζί, χτυπώντας ο ένας τον άλλον με πλήρη ταχύτητα, και αυτό μπορεί να παράγει πολλή ενέργεια. Αυτή η ενέργεια προκαλεί την ξαφνική φωτεινότητα του σουπερνόβα».

Αυτή η μαζική σύγκρουση μπορεί να εξηγήσει και μια άλλη περίεργη πτυχή του αστέρα ζόμπι SN 1181. Δεν περιέχει υδρογόνο ή ήλιο, κάτι που είναι εξαιρετικά ασυνήθιστο στο διάστημα, δήλωσε ο Ζίλστρα.

«Περίπου το 90% του σύμπαντος αποτελείται από υδρογόνο και το υπόλοιπο είναι σχεδόν αποκλειστικά ήλιο. Όλα τα υπόλοιπα είναι αρκετά σπάνια», είπε.

«Πρέπει να ψάξετε 10.000 άτομα για να βρείτε ένα που δεν είναι υδρογόνο ή ήλιο. Αλλά το άστρο μας (ο ήλιος στο κέντρο του ηλιακού μας συστήματος) έχει (κυρίως) μόνο αυτά. Επομένως, είναι σαφές ότι κάτι ακραίο έχει συμβεί (στο αστέρι-ζόμπι)».

Ανεξήγητος αστρικός άνεμος

Οπλισμένοι με τη γνώση για το πού να ψάξουν για το SN 1181 και την πρόταση ότι θα μπορούσε να είναι ένα απομεινάρι τύπου Ιάξ, ο Ko και οι συνάδελφοί του έπιασαν δουλειά για να αποκαλύψουν τα υπόλοιπα μυστικά του.

«Παρακολουθώντας με ακρίβεια τη χρονική εξέλιξη του υπολείμματος, μπορέσαμε να αποκτήσουμε για πρώτη φορά λεπτομερείς ιδιότητες της έκρηξης του SN 1181.

Επιβεβαιώσαμε ότι αυτές οι λεπτομερείς ιδιότητες συνάδουν με έναν σουπερνόβα τύπου Ιάξ», δήλωσε ο Ko, προσθέτοντας ότι το υπολογιστικό μοντέλο της μελέτης συνάδει με προηγούμενες παρατηρήσεις του υπολείμματος από τηλεσκόπια, όπως το διαστημικό τηλεσκόπιο XMM-Newton του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος και το παρατηρητήριο ακτίνων Χ Chandra της NASA.

Η ανάλυση του Ko δείχνει ότι δύο διαφορετικές περιοχές κρούσης αποτελούν το υπόλειμμα του SN 1181.

Μια εξωτερική σχηματίστηκε όταν υλικό εκτινάχθηκε από την έκρηξη του σουπερνόβα και συναντήθηκε με το διαστρικό διάστημα. Μια εσωτερική που είναι πιο πρόσφατη είναι πιο δύσκολο να εξηγηθεί.

Η μελέτη υποδηλώνει ότι αυτή η εσωτερική συγκρουσιακή περιοχή μπορεί να είναι ένα σημάδι ότι το άστρο έχει αρχίσει να καίγεται ξανά, αιώνες μετά την έκρηξη, οδηγώντας σε ένα εκπληκτικό εύρημα, πρόσθεσε ο Ko.

Ο αστρικός άνεμος υψηλής ταχύτητας φαίνεται να έχει αρχίσει να φυσάει από την επιφάνεια του άστρου μόλις πριν από 20 έως 30 χρόνια.

Τυπικά, αυτό το γρήγορο ρεύμα σωματιδίων που οι αστρονόμοι αποκαλούν αστρικό άνεμο θα έπρεπε να εκτοξεύεται από τον λευκό νάνο ως υποπροϊόν της γρήγορης περιστροφής του άστρου αμέσως μετά την έκρηξη του σουπερνόβα.

«Δεν καταλαβαίνουμε πλήρως γιατί το άστρο αναζωπυρώθηκε και ο αστρικός άνεμος ξεκίνησε τόσο πρόσφατα», δήλωσε ο Ko.

«Υποθέτουμε ότι το άστρο αναζωπυρώθηκε επειδή το SN 1181 ήταν ένας σουπερνόβα τύπου Ιάξ, ο οποίος είναι μια ατελής έκρηξη. Ως αποτέλεσμα, το υλικό που εκτινάχθηκε από την έκρηξη δεν διέφυγε εντελώς και παρέμεινε εντός της βαρυτικής επιρροής του κεντρικού λευκού νάνου. Αυτό το υλικό θα μπορούσε τελικά να συσσωρευτεί πάνω στον λευκό νάνο λόγω της βαρύτητάς του, προκαλώντας την εκ νέου ανάφλεξή του».

Ωστόσο, σημείωσε ο Ζίλστρα, η θεωρία αυτή έρχεται σε αντίθεση με τις παρατηρήσεις που δείχνουν ότι η φωτεινότητα του άστρου έχει εξασθενήσει τον τελευταίο αιώνα.

«Δεν είναι σαφές πώς αυτό σχετίζεται με την ενεργοποίηση του ανέμου», είπε. «Θα περίμενα ότι το αστέρι θα είχε φωτιστεί αντί να έχει εξασθενίσει».

Ο Ko και οι συνάδελφοί του γνωρίζουν αυτό το πρόβλημα. Είπαν ότι πιστεύουν ότι υπάρχει κάποια σχέση μεταξύ του ανέμου και της εξασθένισης και το διερευνούν.

Οι ερευνητές ετοιμάζουν περαιτέρω παρατηρήσεις του SN 1181 με δύο όργανα που δεν έχουν ξανά χρησιμοποιήσει: το Very Large Array των ραδιοτηλεσκοπίων στο Νέο Μεξικό και το τηλεσκόπιο Subaru στη Χαβάη.

Αυτές οι μελέτες, δήλωσε ο Ko, θα βοηθήσουν στην ενημέρωση των επιστημόνων για όλους τους σουπερνόβα.

«Τα σουπερνόβα τύπου Ια ήταν ζωτικής σημασίας για την ανακάλυψη της επιταχυνόμενης διαστολής του σύμπαντος», είπε.

«Όμως, παρά τη σημασία τους, ο μηχανισμός έκρηξής τους παραμένει άγνωστος, καθιστώντας τον μια από τις σημαντικότερες προκλήσεις της σύγχρονης αστρονομίας».

Μελετώντας το SN 1181 και την ατελή έκρηξή του, πρόσθεσε, οι επιστήμονες μπορούν να αποκτήσουν γνώσεις σχετικά με τον μηχανισμό των σουπερνόβα τύπου Ια

Ευκαιρία ζωής

Επειδή αντικείμενα όπως το SN 1181 είναι σημαντικά για την παραγωγή τόσων πολλών από τα στοιχεία από τα οποία είναι φτιαγμένοι και οι άνθρωποι, η μελέτη τους είναι μια μεγάλη ευκαιρία, σύμφωνα με τον Ζίλστρα.

«Αυτά τα γεγονότα, τα οποία είναι φορτισμένα με πολύ ενέργεια, μπορούν να δημιουργήσουν στοιχεία που είναι βαρύτερα από τον σίδηρο, όπως οι σπάνιες γαίες», είπε.

«Είναι πολύτιμο να έχουμε ένα παράδειγμα ενός τέτοιου γεγονότος πριν από 1.000 χρόνια, όπου μπορούμε ακόμα να δούμε τα υλικά που εκτοξεύτηκαν και ίσως στο μέλλον να δούμε ακριβώς ποια στοιχεία δημιουργήθηκαν στο γεγονός».

Αυτή η γνώση θα βοηθούσε τους επιστήμονες να κατανοήσουν πώς σχηματίστηκε η Γη και απέκτησε αυτά τα στοιχεία, πρόσθεσε ο Ζίλστρα.

Ιστορικά, οι αρχαίες παρατηρήσεις των σουπερνόβα είχαν ύψιστη σημασία για τη σύγχρονη αστροφυσική, δήλωσε ο Μπράντλεϊ Σέφερ, ομότιμος καθηγητής αστροφυσικής και αστρονομίας στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Λουιζιάνα, ο οποίος δεν συμμετείχε στην τελευταία μελέτη.

Ο Σέφερ πρόσθεσε ότι το SN 1181 αντιπροσωπεύει μία από τις λίγες αξιόπιστες συνδέσεις από σουπερνόβα σε υπόλειμμα σουπερνόβα.

Το αντικείμενο είναι σημαντικό καθώς αποτελεί τη μόνη πιθανή περίπτωση για την απόκτηση καλών παρατηρήσεων του ασύλληπτου τύπου Ιάξ.

«Έχει γίνει αντιληπτό ότι οι σουπερνόβα τύπου Ιάξ αποτελούν περίπου το 20% των σουπερνόβα σε κάθε γαλαξία, συμπεριλαμβανομένου του δικού μας Γαλαξία, και μπορεί να σχηματίζουν το μεγαλύτερο μέρος της μυστηριώδους σκόνης στο πρώιμο Σύμπαν», δήλωσε ο Σέφερ σε ένα email.

Κατά τη διάρκεια της ζωής μας, πρόσθεσε, οι αστροφυσικοί δεν θα έχουν καλύτερη περίπτωση παρατήρησης για ένα συμβάν τύπου Ιάξ, οπότε οι ερευνητές θα πρέπει να πιέσουν σκληρά για την κατανόηση του SN 1181.

Πηγή: CNN