Pozostałości po gwiezdnej eksplozji nie spowolniły przez 400 lat
Zarejestrowano materię z dala od miejsca, w którym eksplodowała gwiazda, podróżującą z prędkością większą niż 32 mln km/h – około 25 000 razy szybciej niż wynosi prędkość dźwięku na Ziemi.
Pozostałość po supernowej Keplera (SN 1604) to szczątki zdetonowanej gwiazdy, która znajduje się około 20 000 lat świetlnych od Ziemi w naszej galaktyce. W 1604 roku pierwsi astronomowie, w tym Johannes Kepler, od którego imienia pochodzi nazwa pozostałości, zobaczyli eksplozję supernowej, która zniszczyła gwiazdę.
Teraz wiemy, że pozostałość po supernowej Keplera jest następstwem tak zwanej supernowej typu Ia, w której mała zwarta gwiazda – biały karzeł – przekracza granicę masy krytycznej po interakcji z gwiazdą towarzyszącą i przechodzi eksplozję termojądrową, która rozbija białego karła i wyrzuca jego pozostałości na zewnątrz.
Badanie śledziło prędkości 15 „węzłów” szczątków pozostałości po supernowej Keplera, wszystkie świecące w promieniach X. Zmierzono, że najszybszy węzeł miał prędkość 37 mln km/h, najwyższą prędkość, jaką kiedykolwiek wykryto dla pozostałości po supernowej w promieniach rentgenowskich. Średnia prędkość węzłów wynosi około 16 mln km/h.
Zaskakujące jest to, że te węzły poruszają się z tak dużymi prędkościami po ponad 400 latach od eksplozji. Może to oznaczać, że ich gęstość musi być dość duża a to oznacza, że eksplozja była bardzo niejednorodna.
Naukowcy oszacowali prędkość węzłów analizując widma rentgenowskie – jasność promieni rentgenowskich o różnych długościach fal – uzyskane w 2016 roku za pomocą Chandra High Energy Transmission Grating. Porównując długości fal właściwości w widmie rentgenowskim z wartościami laboratoryjnymi i wykorzystując efekt Dopplera, zmierzyli prędkość każdego węzła wzdłuż linii pola widzenia Chandra na pozostałość po supernowej.
Astronomowie wykorzystali również obrazy z Chandra uzyskane w latach 2000, 2004, 2006 i 2014 do wykrycia zmian położenia węzłów w czasie. Użyli tych zmian położenia do pomiarów prędkości węzłów prostopadle do naszego pola widzenia. Połączono te dwa pomiary w celu oszacowania rzeczywistej prędkości każdego węzła w przestrzeni trójwymiarowej.
Wysokie prędkości z pozostałości są podobne do tych, które naukowcy widzieli w obserwacjach optycznych wybuchów supernowych w innych galaktykach zaledwie w kilka dni lub tygodni po eksplozji, na długo przed powstaniem pozostałości po supernowej dziesiątki lat później. To porównanie sugeruje, że niektóre węzły w tej pozostałości zostały niewiele spowolnione w ciągu 400 lat od wybuchu przez zderzenie z materią otaczającą pozostałość.
Bazując na obserwacjach widma z użyciem Chandra okazuje się, że osiem z piętnastu węzłów zdecydowanie oddala się od Ziemi, i potwierdzono, że tylko dwa poruszają się w naszym kierunku. Pozostałe pięć nie pokazuje wyraźnego kierunku ruchu wzdłuż linii pola widzenia. Ta asymetria ruchu węzłów oznacza, że pozostałości mogą nie być symetryczne wzdłuż naszej linii wzroku, ale należy zbadać więcej węzłów, aby potwierdzić ten wynik.
Cztery z węzłów poruszają się w podobnym kierunku i zawierają podobną ilość cięższych pierwiastków, takich jak krzem. Naukowcy sugerują, że materia w tych węzłach prawdopodobnie pochodzi z samej powłoki eksplodującego białego karła.
Jeden z innych najszybciej poruszających się węzłów znajduje się w „uchu” po prawej stronie pozostałości, co potwierdza intrygującą ideę, że trójwymiarowy kształt szczątków przypomina bardziej piłkę nożną niż jednolitą kulę – stwierdzili naukowcy.
Wyjaśnienie dużej szybkości materii jest niejasne. Niektórzy naukowcy zasugerowali, że pozostałość po supernowej Keplera pochodzi z niezwykle silnej supernowej typu Ia, co może wyjaśniać bardzo szybko poruszającą się materię. Możliwe jest również, że najbliższe otoczenie wokół pozostałości samo w sobie jest zbrylone, co może pozwalać niektórym szczątkom na tunelowanie przez regiony o niskiej gęstości i uniknięcie znacznego spowolnienia.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
