Kiedy wybuch supernowej może się nie udać?

Naukowcy odkryli pozostałość po supernowej, oznaczoną jako Pa 30, która nie przypomina obiektów tego typu odkrytych dotychczas, może to świadczyć o tym, że eksplozja gwiazdy, z której powstała nie udała się w pełni.

.Wiele gwiazd kończy swoje życie w eksplozjach znanych jako supernowe. Podczas tych gwałtownych wybuchów pozostawiają po sobie gęste, chaotyczne chmury szczątków. Jednak odkryta przez naukowców pozostałość po supernowej, oznaczona jako Pa 30 wygląda zupełnie inaczej, niż dotychczas odkryte obiekty tego typu.

Zamiast typowych pozostałości przypominających obłoki, długie, proste włókna promieniują z centralnego punktu Pa 30, na wzór zamrożonych czasie fajerwerków w połowie wybuchu. Przez lata astronomowie próbowali ustalić czy ta pozostałość po supernowej mogła powstać z „gwiazdy gościnnej” („guest star”) widzianej w 1181 roku przez chińskich i japońskich obserwatorów. W ramach nowego badania, naukowcy z Syracuse University, odkryli, że obiekt ten próbował eksplodować, ale nie do końca mu się to udało. Badanie zostało opublikowane w serwisie arXiv.

Jak opisują astronomowie, kiedy białe karły wybuchają jako supernowe typu Ia, zazwyczaj całkowicie się unicestwiają, tworząc rozszerzające się chmury pozostałości. Jednak obiekt poprzedzający Pa 30 eksplodował tylko częściowo. Reakcje jądrowe w pobliżu powierzchni gwiazdy nigdy nie przekształciły się w naddźwiękowy wybuch. Zamiast tego wygasły, pozostawiając po sobie niezwykle masywnego białego karła, który pozostał nienaruszona w centrum struktury.

Ocalały obiekt początkowo wywołał niezwykle szybki wiatr, poruszający się z prędkością około 15 tysięcy kilometrów na sekundę i wzbogacony o ciężkie pierwiastki powstałe podczas nieudanej eksplozji. Wiatr ten, znacznie gęstszy od otaczającego go gazu, skierował się następnie w przestrzeń kosmiczną.

Zdaniem naukowców, na granicy między gęstym wiatrem a lżejszym otaczającym materiałem panowały idealne warunki do wystąpienia niestabilności Rayleigha-Taylora (Rayleigh–Taylor instability). Jest to ta sama fizyka płynów, która powoduje powstawanie grzybów atomowych, gdy ciężka ciecz lub gaz wpycha się w lekki, tworząc smugi przypominające palce. W Pa 30 smugi te stały się długimi włóknami, które obserwują dziś astronomowie.

Zwykle drugi proces, w którym mieszanie powoduje zawijanie się i skręcanie materiału, tworzy chaotyczne smugi, dlatego większość pozostałości po supernowych wygląda na nieuporządkowane. Gęsty wiatr w Pa 30 był jednak znacznie cięższy od otaczającego go gazu, przez co druga niestabilność nigdy nie wystąpiła. Włókna po prostu rozciągały się na zewnątrz, nieustannie zasilane przez wiatr, pozostawiając Pa 30 z charakterystycznym wyglądem przypominającym fajerwerki.

Astronomowie przeprowadzili symulacje, które wskazały, że różna gęstość wiatru i materiału otaczającego może tworzyć właśnie takie struktury. Badania wskazują również na nieoczekiwaną zbieżność ze zdjęciami z testu jądrowego Kingfish z 1962 r., które przedstawiają podobne włókniste wzory powstające początkowo po detonacji, a następnie przekształcające się w kształty przypominające chmury. Różnica polega na czasie, włókna Pa 30 zasilane wiatrem ciągle rosły, zamiast szybko przekształcać się w chaotyczne struktury.

Jak podkreślają badacze, ten rodzaj nieudanej eksplozji stanowi odrębną podklasę zwaną supernowymi typu Iax. Są one rzadkie, ale astronomowie odkrywają je coraz częściej. Naukowcy podejrzewają, że Pa 30 nie jest jedynym obiektem o podobnych strukturach włóknistych, mogą one pojawiać się w innych zjawiskach astrofizycznych, w czasie których występują gęste wiatry, takich jak zakłócenie pływowe (tidal disruption events), kiedy czarne dziury rozrywają gwiazdy.

.Pa 30 jest jednym z niewielu zjawisk w przestrzeni kosmicznej, w przypadku których współczesne modelowanie łączy się bezpośrednio z historycznymi obserwacjami. „Gwiazda gościnna” obserwowana 1181 roku stała się szczególnym przykładem pokazującym, że gwiazdy czasami umierają nie z hukiem, ale w proces ten może być mniej ekstremalny i mniej widowiskowy.

Oprac. EG