Duchy starożytnych eksplozji żyją dzisiaj w gwiazdach

Skład chemiczny niektórych gwiazd daje wskazówki dotyczące ich poprzedników, gwiazd, które już dawno wybuchły i wyblakły.

Kiedy wybuchają małe, gęste gwiazdy zwane białymi karłami, wytwarzają jasne, krótkotrwałe rozbłyski – supernowe typu Ia. Te supernowe są pouczającymi kosmologicznymi markerami dla astronomów – na przykład zostały wykorzystane do udowodnienia, że Wszechświat przyspiesza w swojej ekspansji.

Białe karły nie są takie same. Wahają się od połowy masy Słońca do rozmiarów 50% większych od naszej dziennej gwiazdy. Niektóre wybuchają w postaci supernowych typu Ia, inne po prostu umierają w ciszy. Teraz, badając „skamieliny” długo eksplodujących białych karłów, astronomowie z Caltech odkryli, że we wczesnym Wszechświecie białe karły często eksplodowały przy mniejszych masach niż obecnie. Odkrycie to wskazuje, że biały karzeł może eksplodować z różnych przyczyn i niekoniecznie musi osiągnąć masę krytyczną przed wybuchem.

Pod koniec swojego życia większość gwiazd takich jak nasze Słońce zmniejsza się do postaci ciemnych, gęstych białych karłów, a ich masa jest upakowana w przestrzeni rozmiarów Ziemi. Czasami białe karły wybuchają w postaci tzw. supernowej typu Ia.

Nie jest pewne, dlaczego niektóre białe karły wybuchają, a inne nie. Na początku XX wieku astrofizyk o nazwisku Subrahmanyan Chandrasekhar obliczył, że jeżeli biały karzeł miałby masę większą, niż 1,4 masy Słońca, wybuchłby jako supernowa typu Ia. Masę tę nazwano masą Chandrasekhara. Chociaż obliczenia Chandrasekhara dały jedno wyjaśnienie, dlaczego eksplodują niektóre bardziej masywne białe karły, nie wyjaśniły jednak, dlaczego eksplodują również inne białe karły, mniej masywne niż 1,4 masy Słońca.

Badanie supernowych typu Ia jest procesem wrażliwym czasowo; zaczynają istnieć i znikają w ciemności w ciągu kilku miesięcy. Aby zbadać dawno minione supernowe i białe karły, które je wytworzyły, Evan Kirby, adiunkt astronomii i prowadzący zespół badawczy, wraz ze swoim zespołem używają techniki zwanej potocznie archeologią galaktyczną.

Archeologia galaktyczna to proces poszukiwania chemicznych sygnatur dawnych wybuchów w innych gwiazdach. Kiedy biały karzeł eksploduje jako supernowa typu Ia, zanieczyszcza swoje galaktyczne środowisko pierwiastkami wykutymi w wybuchu – pierwiastkami ciężkimi, takimi jak nikiel i żelazo. Im bardziej masywna jest gwiazda podczas wybuchu, tym więcej ciężkich pierwiastków powstanie w supernowej. Następnie pierwiastki te zostają włączone do wszystkich nowo tworzących się gwiazd w tym regionie. Tak jak dzisiaj skamieliny dają wskazówki na temat zwierząt, które już dawno przestały istnieć, tak ilość niklu w gwiazdach pokazuje, jak masywne były ich poprzedniczki.

Korzystając z teleskopu Keck II, Kirby i jego zespół najpierw przyjrzeli się pewnym starożytnym galaktykom, którym zabrakło materii, by uformowały gwiazdy w pierwszych miliardach lat życia Wszechświata. Zespół odkrył, że większość gwiazd w tych galaktykach ma stosunkowo niską zawartość niklu. Oznaczało to, że eksplodujące białe karły, które dały im nikiel, musiały mieć stosunkowo małą masę – mniej więcej taką, jak Słońce, niższą, niż masa Chandrasekhara.

Jednak naukowcy odkryli, że zawartość niklu była wyższa w nowo powstałych galaktykach, co oznacza, że wraz z upływem czasu od Wielkiego Wybuchu białe karły zaczęły wybuchać przy wyższych masach.

Zrozumienie procesów, w wyniku których powstają supernowe typu Ia, jest ważne, ponieważ same eksplozje są przydatnymi narzędziami do dokonywania pomiarów Wszechświata. Niezależnie od tego, jak wybuchły, większość supernowych typu Ia zachowuje dobrze scharakteryzowany związek między swoją jasnością a czasem potrzebnym do zniknięcia.

Następnym krokiem będzie badanie pierwiastków innych niż nikiel, w szczególności mangan. Produkcja manganu jest bardzo czuła na masę supernowej, która ją wytwarza, i dlatego daje precyzyjny sposób na zweryfikowanie wniosków wyciągniętych z zawartości niklu.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
Caltech

Dodaj komentarz

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.