Közeli szupernóva segít megérteni a csillagok fejlődését

2014 óta a legközelebbi szupernóva volt az, amelyet a Szélkerék-galaxisban fedeztek fel 2023 májusában. Az SN 2023ixf nevet kapott szupernóva tőlünk 21 millió fényévre volt, felfedezését követően a legkorábbi megfigyelései során pedig a felrobbant csillag alakjának változásaira is fény derült. Az efféle objektumok esetében az onnan érkező fény polarizáltsága árulja el a legtöbbet az objektum alakjáról, olyan esetekben is, amikor egyébként a távolság miatt nem láthatjuk ezt. E folyamatokat tárja fel a spektropolarimetria nevű vizsgálat.

„Egyes csillagok, mielőtt felrobbannának, különösen zaklatott fázison mennek keresztül, amelynek során anyagot veszít az égitest, és ez, miután a szupernóva-robbanás bekövetkezett, annak lökéshulláma vagy ultraibolya sugárzása miatt világítani kezd” – magyarázta Alex Filipenko, a Kaliforniai Egyetem (Berkeley) professzora. „Az a nagyszerű a spektropolarimetriában, hogy a segítségével információt kapunk a csillag körüli anyag kiterjedéséről és alakjáról.” Bár ezt a módszert már 3 évtizede alkalmazzák, soha eddig ilyen közeli eseményt nem figyelhettek meg vele, sőt, a robbanást követően ennyire hamar sem – az SN 2023ixf esetében 1,4 nap telt csak el.

Ezek az adatok egy, a Napnál 10-20-szor nagyobb tömegű vörös szuperóriás csillag végzetéről alkotott elképzeléseinket igazolták. A robbanás energiája fénylésre késztette a csillag által az ezt megelőző néhány évben ledobott gázok felhőjét. Ezt követően a robbanás során kidobott anyag először még merőlegesen áttörte ezt, a csillagot körülvevő gáztömeget, és aztán annak anyagát is magába olvasztva egy gyorsan növekvő, és szimmetrikus törmelékfelhővé vált.

A II-es típusú szupernóva-robbanások annak köszönhetőek, hogy a nagy tömegű csillagok vasmagja összeomlik, s feltehetően egy neutroncsillagot, vagy fekete lyukat hagy maga után ez a robbanás. Az efféle szupernóvák segítségével lehet kiszámítani a galaxisok távolságát, s feltérképezni a Világegyetemet.

A Berkeley Egyetem egy másik csillagász-csoportja a csillag robbanása előtti és utáni időszakot részleteiben rekonstruálta spektroszkópos adatok segítségével. Kiderült, hogy a SN 2023ixf a robbanását megelőző 3-6 évben rengeteg gázt ledobott, ez a csillag teljes tömegének az 5 százalékát is elérhette. Vagyis meglehetősen nagy és sűrű fellegen kellett a robbanás anyagának átrobognia. A kutatók szerint ez a szupernóva számos olyan részlettel szolgált, amelyek alapján a vörös szuperóriás csillagok utolsó időszakát másképp láthatjuk. E csillagok a robbanásuk előtt meglepően sok anyagot ledobhatnak, szemben az eddigi elképzeléseinkkel. „Tökéletes laboratórium volt [ez a szupernóva-robbanás] ahhoz, hogy megértsük e robbanások és az anyagledobódások geometriáját, vagyis olyan dolgokat, amelyeket eddig nem ismertünk” – tette hozzá Wynn Jacobson-Galán. Azzal, hogy részleteiben többet érthetünk már a II-es típusú szupernóvák fejlődéséről, azt is elősegíti, hogy pontosabbá váljanak a segítségükkel végzett távolságméréseink.

Mindkét kutatásról a The Astrophysical Journal szakfolyóiratban fog megjelenni az elkészült tanulmány hamarosan, addig preprintként olvasható mindkettő. Ez az egyik legtöbbet tanulmányozott szupernóva, a felvillanása óta eltelt jó 3 hónap alatt már vagy 3 tucatnyi tudományos értekezés született róla, és még több készülhet el hamarosan, ahogyan a robbanás fénye folyamatosan érkezik hozzánk, illetve a különféle teleszkópokkal készült megfigyeléseket is elemzik.

„A II-es típusú szupernóvák esetében rendkívül ritkán van lehetőség rá, hogy szinte minden hullámhossz-tartományban észlelhessünk, a legerősebb röntgentől a leggyengébbig, az ultraibolya, az optikai, az infravörös-közeli, a rádió és a milliméteres tartományig. Igen ritka és egyedi ez a lehetőség tehát” – tette hozzá Raffaella Margutti professzor. A begyűjtött megfigyelések olyan részletekkel szolgálnak, amelyeket számtalan más, már megfigyelt szupernóva esetében nem ismerhettünk meg. Ezek feldolgozása, megértése során még rengeteg új felfedezés születhet arról, mik is köthetik össze egy csillag életét annak halálával.

A szupernóva fényének polarizáltsága alapján a kiáramlott anyag alakja jelentősen eltért a gömbtől, és a polaritás változásai alapján a robbanás három fázisát is el tudták különíteni. A robbanás első és harmadik napja közti időben az érkező fényt még a korábban levetett gázok fénylése határozta meg, ezt a gázt a csillag robbanásakor kialakult röntgen- és ultraibolya sugárzás, valamint a robbanás anyagának lökéshulláma ionizálta. Ez a fény a csillagtól kis távolságra, 30 csillagászati egységre (30-szoros Nap-Föld távolságra, ez a Neptunusz pályájának megfelelő távolság) lévő anyagból érkezett hozzánk. A robbanás után 3,5 nappal, majd 4,6 nappal ismét jelentősen megváltozott a polaritás, ami azt tükrözi, hogy a kirobbanó anyagfelhő alakja is megváltozott, a második alkalom során következhetett be az, hogy a robbanás során ledobott anyag áttörte a korábbi csillag körüli anyagfelhőt. Ennek hatására a korábbi gömbszerűre hasonlító anyag földimogyoró jelleget öltött, a mogyoró hossztengelye azzal egyezett meg, amely irányban a robbanás erőteljesebb lehetett. Ez azért van, mert a csillag egyenlítői régiójában sűrűbb volt a korábbi anyag, ez pedig lefékezte a robbanás haladását. A robbanás utáni 5-14. napok közt ez változatlan maradt, ám ekkor már a robbanásban levált anyag fénye vált uralkodóvá. A spektroszkópos elemzések adatai is igazolták a II-es típusú szupernóvákra jellemző kémiai anyagokat: hidrogén, hélium, szén, nitrogén.

A robbanást követően a szakemberek kerestek korábbi megfigyeléseket is a Szélkerék-galaxisról, amelyekből azután kiderült, hogy észlelhető volt a csillag haláltusája során ledobódó kisebb anyagmennyiség is, ezt a csillag kisebb mértékű fényesedése jelezte számos alkalommal. További elemzésekkel még több részletre is fény derülhet majd, és rekonstruálhatják a történeteket.