2016.03.29. - Közönséges társ mellett robbant szupernóvaként egy fehér törpe

Egyértelmű bizonyítékot talált egy texasi csillagászok által vezetett kutatócsoport a szupernóva-kutatás egyik régi nagy kérdése kapcsán. A vizsgálatokban egy magyar asztrofizikus is fontos szerepet játszott.

A csillagok egy részének életét lezáró, hatalmas energiakibocsátással járó szupernóva-robbanások több szempontból is nagy jelentőséggel bírnak az univerzum kutatásában. Különösen fontosak az Ia típusú szupernóvák, amelyek Napunkhoz hasonló, ám életüket nem magányosan, hanem egy kettős rendszer tagjaiként töltő csillagok végállapotainak, ún. fehér törpéknek a megsemmisülése idéz elő. Ezeknek a csillagrobbanásoknak a táguló maradványai egymáshoz nagyon hasonló maximális fényességet és időbeli fényességváltozást mutatnak, ami alkalmassá teszi őket kozmológiai távolságok meghatározására, ezen keresztül pedig az univerzum tágulásának és összetételének vizsgálatára. (A kérdéskör vezető kutatói közül hárman 2011-ben Fizika Nobel-díjban részesültek.)

Az Ia típusú szupernóvák kozmológiai jelentősége miatt is komoly probléma már évtizedek óta, hogy valójában nem tudjuk pontosan, milyen módon és milyen konfigurációban jöhetnek létre ezek a robbanások. A "tankönyvi" elképzelés szerint a fehér törpék egy vörös óriással (esetleg egy, még a fejlődés fősorozati szakaszában tartó, azaz magjában hidrogént fuzionáló csillaggal) alkotnak párt, amelyekről anyag áramlik át a fehér törpére. Ez utóbbiak pedig egy idő után - a mesebeli Kis Gömböchöz hasonlóan - egy kritikus tömeget elérve instabillá válnak, és gigantikus termonukleáris bombaként felrobbannak. A probléma ezzel az elmélettel az, hogy a közeli galaxisokban bekövetkező robbanások esetén látnunk kellene a ledobódó anyag és a társkomponens kölcsönhatásának jeleit, vagy - ha rendelkezünk robbanás előtti felvételekkel - akár magukat a társkomponenseket is (a vörös óriáscsillagok fényesek, ezért a közeli galaxisokban egyedi objektumokként is azonosíthatók). Ilyen típusú, konkrét bizonyítékokat mostanáig - egy-két különleges, nem "közönséges" Ia szupernóvának minősített esetet leszámítva - még a legközelebbi robbanások esetén sem sikerült találni.

Emiatt a csillagászok jó ideje gondolkodnak alternatív lehetőségeken is, amelyek közül a legnépszerűbbnek a kettős fehértörpe-rendszer tűnik. Ebben a modellben két fehér törpe kering a rendszer tömegközéppontja körül, egymáshoz folyamatosan közelednek, míg végül egymásba spiráloznak és ez váltja ki a szupernóva-robbanást. A teória népszerűségének fő oka, hogy magyarázza, miért nem látunk társkomponensre utaló jeleket, ugyanakkor erre az elméletre sincsen közvetlen bizonyíték, ráadásul a szuperszámítógépekkel végzett robbanási modellek is komoly eltéréseket mutatnak a megfigyelt fényváltozási és színképi jellemzőkhöz képest.

Úgy tűnik viszont, hogy egy amerikai vezetésű nemzetközi kutatógárdának fontos lépést sikerült tenni a rejtélyek kibogozásában. A Howie Marion (University of Texas / Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) vezetésével zajló vizsgálatok során a csoport az SN 2012cg jelű, a Földtől körülbelül 50 millió fényév távolságban robbant szupernóváról vett fel adatokat földfelszíni és űrtávcsöves mérések segítségével. A kulcsmozzanat az volt, hogy a szupernóvát nagyon korán, a robbanás után 1-2 napon belül sikerült detektálni, és a fényességváltozás korai szakaszáról nagyon jó időbeli lefedettségű adatsort rögzíteni. Marionék legfontosabb eredménye, hogy a korai időszakban az ultraibolya és kék tartományban a "sztenderd" fénygörbékhez képest többletsugárzást sikerült kimutatni. Ennek mértéke jó egyezést mutat a korábbi, elméleti jóslatokkal, amelyek a robbanás által keltett lökéshullám társkomponensbe történő csapódásának várható hatását elemezték. Marion és kollégái azt is kimutatták, hogy a társkomponens egy legalább 6 naptömegű, nagy valószínűséggel fősorozati állapotban lévő csillag.

A mostani felfedezés az első eset, amikor közönséges Ia szupernóvánál kézzelfogható bizonyítékunk van az anyagátáramlást biztosító társkomponens jelenlétére. Felmerülhet a kérdés, hogy a többi esetben, amikor nem detektáltak hasonló sugárzási többletet, biztosan elvethető-e a "tankönyvi" robbanási modell. Marion és kollégái szerint könnyen elképzelhető, hogy sok más esetben is megfigyelhető lenne (vagy lett volna) ez a jelenség, csak kisebb mértékben, így a detektálási küszöb alatt maradhattak. A másik észleléstechnikai probléma, hogy a kölcsönhatás miatti többletsugárzás egy-két nap alatt lecseng, így a szupernóvát már nagyon korai fázisban észlelni kell a sikeres detektáláshoz, ez pedig elég ritkán teljesül. A következő lépést a hamarosan beinduló, tranzienskereső égboltfelmérő programok jelenthetik, amelyek révén a mostaninál nagyságrendekkel több szupernóvát sikerülhet majd közvetlenül a robbanást követően azonosítani és követni.

A fényes, kékesen ragyogó SN 2012cg jelű szupernóva a közel éléről látszó NGC 4424 jelű galaxisban az arizonai Fred Lawrence Whipple Obszervatóriumban készült felvételen.
[Peter Challis/Harvard-Smithsonian CfA]

A nemzetközi csillagászközösség által nagyon elismerésre méltónak talált eredmények értékét a mi szemünkben tovább növelheti, hogy az említett kutatásoknak Vinkó József személyében magyar résztvevője is van. A Szegedi Tudományegyetemen működő Asztrofizikai Kutatócsoport vezetőjeként a Texasi Egyetemmel évek óta gyümölcsöző együttműködést ápoló kutató a publikáció harmadik társszerzőjeként jelentősen hozzájárult az eredmények megszületéséhez.

Az eredményeket részletező szakcikk az Astrophysical Journal c. folyóiratban fog megjelenni.

Forrás:

• McDonald Observatory News 2016.03.22.