Új típusú szupernóvát találtak

A Northwestern Egyetem kutatói által vezetett asztrofizikus csoport egy olyan különös szupernóvát talált, amilyenre korábban még nem láttunk példát. Amikor egy nagy tömegű csillag élete végén szupernóva-robbanásban megsemmisül, általában olyan könnyű elemeket találhatunk, mint a hidrogén és a hélium.

Azonban a nemrégiben felfedezett, SN2021yfj nevű objektum egészen másféle kémiai elemek jelenlétéről árulkodott. A kutatásról a Nature folyóiratban számoltak be.

Az elméletek szerint a nagy tömegű csillagok a hagymához hasonlóan rétegekből épülhetnek fel. Ezek közt a legkülsőben vannak a legkönnyebb elemek, majd befelé haladva egyre nehezebbekkel találkozhatunk, mígnem elérünk a csillag vasból álló magjáig.

A SN2021yfj megfigyelése azt sugallják, hogy a csillag valahogyan elveszíthette a külső, hidrogént, héliumot és szenet tartalmazó rétegeit. Ennek köszönhetően a beljebb lévő, szilíciumot, argont, illetve ként bőven tartalmazó rétegei szabaddá váltak, mielőtt a csillag felrobbant volna.

Ez a felfedezés egyrészt bizonyíték a hagymahéj-felépítés elméletére, másrészt bepillantást enged egy csillag mélyébe azt a pillanatot megelőzően, hogy szupernóvaként befejezte volna az életét.

A kutatást vezető Steve Schulze elmondta, hogy most először sikerült egy „csontig lecsupaszított” csillagot megfigyelni. „Ez a eset megmutatta, hogy miféle belső szerkezetük van a csillagoknak, és azt is igazolta, hogy a csillagok rengeteg anyagtól meg tudnak szabadulni, mielőtt felrobbannának. Nemcsak a legkülső héjaiktól szabadulhatnak meg, hanem a mélyebben lévőktől is, és mégis rendkívül fényes robbanást produkálhatnak, amelyet igen nagy távolságból is észlelhetünk.”

Soha korábban nem láttunk még hasonló eseményt, a kutatók eleinte hinni se akartak a szemüknek. Azonban ez a csillag a haláltusájával megmutatta, hogy az elméleteink, a csillagok evolúciójáról alkotott elképzeléseink túlzottan szűk látókörűek. Ez nem azt jelenti, hogy hibásak az elméletek, csupán azt, hogy egyszerűen még nem látunk át mindent, ami a természetben zajlik, és lehetnek a csillagoknak az eddigi ismereteinket felülmúló, egzotikus végzetük is.

A csillagokban lejátszódó fúzió során a könnyebb elemekből nehezebbek keletkeznek és eközben energia szabadul fel. A csillag fejlődése, életútja során a magjában megnövekvő nyomás és hőmérséklet hatására egyre külsőbb rétegeit „égeti el”, a magban pedig egyre nehezebb és nehezebb elemek kerülnek sorra.

Ez az egyre gyorsuló folyamat addig folytatódik, mígnem a magban már csak vas marad. Ennél nehezebb elemeket pedig már nem képes előállítani a csillagban a fúzió, mivel az a folyamat nemhogy nem termelné, hanem egyenesen fogyasztaná az energiát. Amint leáll a magban a fúzió, ott a gravitáció veszi át a hatalmat, a csillag összeomlik, és bekövetkezik a szupernóva-robbanás.

A robbanás előtt a legtöbb csillag leveti a külső rétegeit, azonban a SN2021yfj sokkal többtől szabadult meg, mint mások. Korábban olyan csillagokat láttunk csak, amelyeken a hélium, a szén vagy az oxigénrétegük látszott, miután a legkülső hidrogéntől már megszabadultak. Mivel a mostanihoz hasonló mélységig eddig sose láttak még az asztrofizikusok, ez arra utal, hogy valamiféle rendkívüli erejű, különleges folyamat játszódhatott itt le.

A SN2021yfj tőlünk 2,2 milliárd fényévre található, és a felfedezésekor (2021-ben) épp nem volt szabad obszervatórium, ahol megvizsgálhatták volna a szupernóva színképét. Végül a Keck Obszervatórium (Hawaii) egy munkatársa elvégezte a kívánt mérést, és ennek eredményeként tudták meghatározni, mi is történhetett a csillaggal. Ekkor derült ki, hogy a szokványos elemek helyett egészen mások látszanak, a hélium és a szén helyett kén, szilícium és argon látszott a színképvonalakon.

E belső rétegekben a fúzió olyan gyors már, hogy ezek az elemek csupán a csillag robbanása előtti hónapok során jöttek létre!

Az egyelőre nem egészen világos, minek köszönhető, hogy e csillag ennyire mélyen lecsupaszodott. Elképzelhető olyan csillagtárs, amelynek közreműködése okozhatta volna ezt, de lehetett a háttérben valami extrém robbanás, vagy extrém erejű csillagszél is a csillag szupernóvává válása előtt. Azonban a kutatók szerint a legnagyobb valószínűséggel a csillag maga felelős e különös eseménysorozatért.

Ahogy egyre inkább elhasználja a fűtőanyagát a roppant nagy tömegű (100-250 naptömegnyi) csillag, a saját gravitációja egyre jobban összenyomja és felforrósítja a magját. Az extrém nyomás a forróság újra és újra beindítja a fúziót, azonban ezek az alkalmak olyan rendkívüli intenzitásúak, hogy ennek hatására egy kolosszális energialökettel a csillag egyes anyagrétegei is leszakadnak.

Minden egyes alkalommal, amikor a csillag átesik egy ilyen intenzitáshullámon, ezzel újabb anyagréteg dobódik le a külsejéről. Ezeket a szupernóvákat a bennük lejátszódó rendkívüli folyamatokban kialakuló elektron-pozitron párok alapján pár-instabilitási szupernóvaként ismeri a tudomány. Ezek közül a „kisebbek” végül klasszikus szupernóvaként fekete lyukká alakulva végzik, a legnagyobbak azonban egy elképesztő erejű termonukleáris robbanásban teljesen megsemmisülnek, és nem marad utánuk még egy fekete lyuk sem.

A csillag felfénylését annak köszönhetően vették észre a kutatók, hogy e folyamatban egy frissen ledobódott anyaghéj összetalálkozott egy korábbival, és ez extrém energialeadást eredményezett. A kutatók hozzátették, nem feltétlenül bizonyos, hogy ezek az események pontosan így játszódtak le, mivel a mostani az egyetlen ismert példa csupán. A teljes megértéshez további hasonló szupernóvákat kell majd még megfigyelni.