Hviezdny sprievodca „prežil“ explóziu supernovy

  • Marcel Škreka | 10 Jún 2022
    Slnečná sústava
Znázornenie predpokladaného vývoja supernovy SN 2013ge. Panely 1-3 ukazujú, čo sa už stalo a panely 4-6 ukazujú, čo sa môže stať v budúcnosti. 1) Pár hmotných hviezd obieha okolo seba. 2) Hmotnejšia hviezda dospeje do štádia červeného obra s rozsiahlym vonkajším vodíkovým obalom, ktorý jej sprievodca gravitačne odčerpáva. Astronómovia tvrdia, že z tohto dôvodu HST nenašiel v pozostatkoch supernovy žiadne stopy vodíka. 3) Hviezda s odizolovanou obálkou sa stáva supernovou SN 2013ge. Deformuje, ale nezničí svoju sprievodnú hviezdu. Po supernove zostáva husté jadro bývalej hmotnej hviezdy buď ako neutrónová hviezda, alebo ako čierna diera. 4) Nakoniec aj sprievodná hviezda dospeje do štádia červeného obra, pričom si zachováva svoj vonkajší obal, z ktorého časť pochádza od svojho spoločníka. 5) Sprievodná hviezda tiež vybuchuje ako supernova. 6) Ak boli hviezdy dostatočne blízko pri sebe, aby ich nárazová vlna supernovy nevymrštila zo svojich obežných dráh, zvyšné jadrá budú naďalej obiehať okolo seba a nakoniec sa spoja a uvoľnia gravitačné vlny. Kredit: NASA, ESA, Leah Hustak (STScI)
Tento objav uskutočnený pomocou HST (Hubbleovho vesmírneho ďalekohľadu) pomáha vysvetliť záhadu zmiznutia vodíka z hviezd predtým, ako vybuchnú ako supernovy a podporuje teóriu, že najhmotnejšie hviezdy sa vyskytujú v pároch.

Nie je výnimočné nájsť hviezdu, ktorá prežije blízky výbuch supernovy, od ktorej by sa očakávalo, že zničí všetko okolo seba. Najnovší výskum poskytol dlho očakávané riešenie k tomuto špecifickému typu zániku hviezd. V niektorých prípadoch totiž astronómovia nenašli žiadne stopy po vonkajšej vrstve vodíka explodujúcej hviezdy.

Čo sa stalo s vodíkom?

Podozrenia, že na vine sú sprievodné hviezdy vysávajúce vonkajšie obaly svojich partnerov pred ich smrťou sú podporené pozorovaním sprievodnej hviezdy pri supernove 2013ge, ktorá výbuch „prežila“. Objav tiež podporuje teóriu, že najhmotnejšie hviezdy vznikajú a vyvíjajú sa v binárnych systémoch. Môže to byť aj predzvesť ďalšej kozmickej drámy: časom aj sprievodca vybuchne ako supernova a ak oba pozostatky hviezd nie sú vyhodené zo systému, môžu sa spojiť, pričom vzniknú gravitačné vlny otriasajúce tkaninou samotného priestoru.

HST odhalil sprievodnú hviezdu, ktorá bola predtým ukrytá v žiare supernovy - svojho partnera. Tento objav je prvým pre konkrétny typ supernovy – taký, pri ktorom bola hviezda pred výbuchom zbavená celého vonkajšieho plynového obalu.

Objav poskytuje zásadný pohľad na binárnu povahu najhmotnejších hviezd, ako aj na potenciálnu predzvesť konečného zlúčenia sprievodných hviezd, ktoré by sa ozývalo vesmírom v podobe gravitačných vĺn v štruktúre samotného časopriestoru.

Pri výbuchoch supernov zisťujú astronómovia prítomnosť rôznych prvkov. Tieto prvky sa vo hviezde nachádzajú vo vrstvách obklopujúcich jadro, podobne ako vrstvy cibule. Vodík sa nachádza v najvrchnejšej vrstve. Ak sa pri výbuchu supernovy nedeteguje žiadny vodík, znamená to, že pred výbuchom niekde zmizol.

Príčina straty vodíka ostávala záhadou. Nové pozorovania HST poskytujú zatiaľ najlepší dôkaz podporujúci teóriu, že pred explóziou supernovy vysaje plynový obal hviezdy jej sprievodná hviezda.

„Na tento moment sme čakali. Konečne sme videli dôkazy o binárnom systéme so supernovou bez vodíka,“ povedal astronóm Ori Fox z Space Telescope Science Institute v Baltimore, Maryland, vedúci výskumného programu HST. "Cieľom je posunúť túto oblasť štúdia od teórie k práci s údajmi a vidieť, ako tieto systémy skutočne vyzerajú."

Na štúdium supernovy SN 2013ge v ultrafialovom svetle použil Foxov tím Hubbleovu kameru Wide Field Camera 3, ako aj predchádzajúce pozorovania HST. Astronómovia videli, ako svetlo supernovy od roku 2016 do roku 2020 slabne, ale ďalší blízky zdroj ultrafialového svetla si jas zachoval. Tento zdroj ultrafialového žiarenia je podľa tímu preživší spoločník SN 2013ge.

Predtým vedci teoretizovali, že silné vetry hmotnej hviezdy môžu odfúknuť jej vodíkový plynový obal, ale pozorovania túto myšlienku nepodporovali. Na vysvetlenie straty vodíka astronómovia vypracovali teórie a modely, v ktorých spoločník pred výbuchom supernovy odčerpáva vodík so sesterskej hviezdy.

"Veľa nepriamych dôkazov v posledných rokoch naznačovalo, že sa supernovy bez stôp vodíka nachádzajú v dvojhviezdach. Bolo však treba tohto spoločníka nájsť." Štúdium kozmických výbuchov je z veľkej časti ako forenzná veda – hľadanie záchytných bodov a zisťovanie v čom sa teórie zhodujú. Vďaka HST to môžeme vidieť priamo,“ povedala Maria Droutová z University of Toronto, členka výskumného tímu HST.

Pri predchádzajúcich pozorovaniach SN 2013ge boli zaznamenal HST dva vrcholy v ultrafialovom svetle, nie len ten, ktorý sa bežne vyskytuje vo väčšine supernov. Fox povedal, že jedným z vysvetlení tohto dvojitého zjasnenia je, že druhý vrchol ukazuje, keď rázová vlna supernovy zasiahla sprievodnú hviezdu. Najnovšie pozorovania HST naznačujú, že hoci bola sesterská hviezda výrazne zasiahnutá vrátane vodíkového plynu, ktorý odsala zo svojho partnera, nebola zničená. Fox tento efekt prirovnáva k vibrujúcej guli želé, ktorá sa nakoniec ustáli do pôvodnej podoby.

Bude potrebné nájsť ďalšie takéto prípady supernov, no dôsledky objavu podporujú teórie, že najhmotnejšie hviezdy sa formujú a vyvíjajú v dvojhviezdach.

Na rozdiel od supernov s rozsiahlou plynnou obálkou, sú hviezdy bez vodíkovej vrstvy na snímkach pred ich výbuchom ťažko identifikovateľné. Teraz, keď mali astronómovia šťastie a identifikovali preživšiu sprievodnú hviezdu, môžu ju použiť na spätné určovanie charakteristík hviezdy, ktorá vybuchla ako supernova.

Aj sprievodca SN 2013ge vybuchne ako supernova. Z jej bývalého sprievodcu je teraz neutrónová hviezda alebo čierna diera a v budúcnosti sa aj ona stane jedným z týchto objektov.

Blízkosť pôvodných hviezd v dvojhviezde určí, či zostanú spolu. Ak je vzdialenosť príliš veľká, sprievodná hviezda bude vyhodená zo systému, aby sa sama túlala po Galaxii, čo by mohlo vysvetliť mnohé zdanlivo osamelé supernovy.

Ak však boli hviezdy pred výbuchom supernovy dostatočne blízko seba, ostanú v blízkosti obiehať okolo seba aj ako čierne diery alebo neutrónové hviezdy. V takom prípade by sa nakoniec špirálovito priblížili k sebe a pri spojení by vytvorili gravitačné vlny.

To je pre astronómov vzrušujúca perspektíva, pretože gravitačné vlny sú odvetvím astrofyziky, ktoré sa ešte len začalo skúmať. Sú to vlny v štruktúre samotného časopriestoru, ktoré predpovedal Albert Einstein na začiatku 20. storočia. Gravitačné vlny boli prvýkrát priamo pozorované laserovým interferometrom Gravitational-Wave Observatory (LIGO).

V prípade spoločníka SN 2013ge nastane toto splynutie približne o miliardu rokov.

Fox a jeho spolupracovníci budú pomocou HST pátrať po ďalších sprievodných hviezdach, ktoré prežili výbuch svojej sesterskej hviezdy.

„Existuje veľký potenciál nad rámec pochopenia samotnej supernovy. Keďže teraz vieme, že najhmotnejšie hviezdy sa nachádzajú v pároch, pozorovania sprievodných hviezd sú nevyhnutné na to, aby sme pochopili detaily formovania dvojhviezd a vzájomnú výmenu hmoty medzi nimi. Je to vzrušujúci čas na štúdium hviezd,“ povedal Fox.

„Pochopenie životného cyklu hmotných hviezd je pre nás obzvlášť dôležité, pretože všetky ťažké prvky sú vytvorené v ich jadrách a prostredníctvom ich supernov. Tieto prvky tvoria veľkú časť pozorovateľného vesmíru vrátane života, ako ho poznáme,“ dodal spoluautor Alex Filippenko z Kalifornskej univerzity v Berkeley.