Supernova: Exploze 3000 milionů krát jasnější než Slunce

Hvězda se nehybe tiše, když detonuje. Ve své špičce může supernova vypadat přibližně 3000 milionů krát jasnější než Slunce, kdyby oba byly umístěny ve stejné vzdálenosti od pozorovatele – záblesk tak násilný, že jej lze sledovat z jiných galaxií po dobu měsíců.

Astronomové tyto výbuchy rozdělují do dvou širokých rodin: některé pocházejí ze znenadilé, nekontrolované znovuzapálení vyhořelého hvězdného jádra zvané bílý trpaslík, zatímco jiné označují konečný kolaps jádra masivní hvězdy. Oba procesy končí stejně, v explozi, která zasévá prostor novými prvky a často zanechává podivné, kompaktní tělo.

To, co následuje, není obecný přehled, který každý článek opakuje. Je to soubor konkrétních, ověřených čísel: jak rychle se troskami letí, jak daleko byly měřeny nejslabší a co bylo vlastně nalezeno skryté v pozůstatcích.

Bílý trpaslík je vyhořelé hvězdné jádro tak husté, že jen tlak elektronů brání jeho dalšímu kolapsu. Pokud pomalu vstřebává plyn od hvězdy průvodce, její hmotnost se může blížit Chandrasekharovu limitu, přibližně 1,44 krát hmotnost Slunce – bod, za kterým tlak elektronové degenerace již nemůže udržet hvězdu proti její vlastní gravitaci.

Jakmile začne zapálení, hvězda se nejen zhroutí; detonuje. Hmota je vyhozena ven při 5000 až 20000 kilometrů za sekundu, přibližně 6% rychlosti světla. Část těchto trosek se stále rozpíná po staletí: událost s dvojitou degenerací, kde se dva bílí trpaslíci sloučí místo toho, aby se jeden pomalu živil od průvodce, může vysvětlit, proč G1.9+0.3, nejmladší známý zbytek supernovy v naší galaxii, zůstal jasnější a větší desítky let po jeho vytvoření.

Supernovy jsou dostatečně běžné na to, aby profesionální a amatérské nebeské průzkumy najduly více než 200 nových za jeden rok, 2012 – a SN 2012fr, objevená v říjnu, se zařadila mezi nejjasnější toho roku.

Tato jasnost činí číslo 3000 milionů více než jen abstrakci: astronomové mohou přímo porovnat světlo explodující hvězdy se Sluncem, v srovnatelné vzdálenosti, a získat skutečný poměr namísto pouhého přibližného dojmu. Pozorování toho, jak se jeden objekt změní z neviditelného na krátko jasnější než jeho vlastní galaxie, je částí důvodu, proč se lov supernovách stále rozšiřuje.

Některé supernovy jsou dostatečně staré na to, aby byly zaznamenány historiky spíše než teleskopy, přesto jejich trosky lze měřit s moderní přesností. Zbytek SN 1006 – výbuch dostatečně jasný na to, aby přitáhl pozornost v celém středověkém světě – se nachází přibližně 2,17 (plus nebo minus 0,08) kiloparsec od Země, vzdálenost určená sledováním pomalého driftu jeho zářících vláken v průběhu desítek snímků.

Toto měření vzdálenosti umožňuje astronomům pracovat zpět k vypočítané vrcholové jasnosti původního výbuchu a výsledek se zarovnává se středem rozsahu odhadů jasnosti zaznamenané pozorovateli, kteří viděli skutečnou událost vyvíjet se dlouho předtím, než teleskopy existovaly.

Ne všechny výbuchy bílého trpaslíka zcela zničí jejich hvězdu. Astronomové identifikovali více než 30 neobvykle slabých "mini-supernovách" – výbuchů tak slabých, že bílý trpaslík v jejich středu by mohl přežít místo toho, aby byl vymáchaný.

Jeden z nich, SN 2012Z, se nachází v hostitelské galaxii NGC 1309, přibližně 110 milionů světelných let daleko. Porovnání se stejně slabou událostí, SN 2008ha, ukazuje, jak široko se tato zmenšená třída může lišit: SN 2012Z se řadí mezi nejmocnější z těchto podpovídaných výbuchů, zatímco SN 2008ha se řadí mezi nejslabší. Vzorec nebyl překvapením zpětně – již v roce 2009 badatelé navrhli, že tento typ události pochází z bílého trpaslíka spárovaného s průvodcem helia-hvězdy, roky předtím, než SN 2012Z dal příležitost přímo otestovat nápad.

Ne všechny supernovy jsou slabé nebo blízké. ASASSN-15lh, nejjasnější supernova kdy zaznamenána, leží přibližně 3,82 miliardy světelných let od Země. Poprvé objevena v červnu 2015, dosáhla přibližně 570 miliard krát větší svítivosti než Slunce – dvojnásobek bolometrického výkonu jakékoli jiné známé supernovy.

Jediný hvězdný výbuch krátce jasnější než stovky miliard Sluncí je užitečné připomenutí, kolik energie je uzamčeno uvnitř zdánlivě běžné hvězdy, než exploduje.

SN 1987A zůstává referenční blízkou supernovou moderní éry. Astronomové ji umisťují přibližně 51,4 kiloparsec daleko – přibližně 168000 světelných let – což z ní činí nejbližší hvězdný výbuch, který si kdokoli pamatuje od doby, kdy Johannes Kepler sledoval jeden v roce 1604, dostatečně blízký a dostatečně nedávný na to, aby přístroje po celém světě mohly studovat v detailu.

Teorie předpovídala, že hroutící se jádro by mělo zanechat neutronovou hvězdu, ale po desítky let nikdo nemohl potvrdit, že tam opravdu byla. To se změnilo v roce 2019, kdy astronomové používající Atacama Large Millimeter Array hlásili nepřímé důkazy o zhrouceném neutronovém hvězdu v pozůstatcích. Cokoliv přežilo výbuch, se očekává, že bude podobné typickým neutronovým hvězdám jinde: objekty s poloměrem přibližně 10 kilometrů, které obsahují přibližně 1,4 krát hmotnost Slunce.

Slovo "supernova" samo o sobě je jen zhruba století staré. Walter Baade a Fritz Zwicky dostávají zásluhu: pár představil termín během přednášky o astrofyzice v roce 1931, půjčoval "novu", kterou astronomové již používali pro zvýšení jasu hvězdy a přidal "super", jakmile si uvědomili, že tyto události byly kategoricky větší.

Jeden z předmětů, který pomohl učinit tento rozdíl jasným, sedí uvnitř Krabí mlhoviny – trosek supernovy, kterou čínští astronomové zaznamenali v roce 1054 n.l.

V její středu leží Krabí pulsar, neutronová hvězda pouze 28 až 30 kilometrů široká, která se otáčí 30,2 krát za sekundu – kompaktní pozůstatek výbuchu dostatečně jasného na to, aby pozorovatelé na druhé straně planety jej zaznamenali bez dalekohledu, staletí předtím, než Baade a Zwicky dali fenoménu jeho jméno.

• ESO: The Rise and Fall of a Supernova
• arXiv: The SN 1006 Remnant — Optical Proper Motions, Deep Imaging, Distance, and Brightness at Maximum
• arXiv: Young Remnants of Type Ia Supernovae and Their Progenitors — SNR G1.9+0.3
• ScienceDaily: Hubble Finds Supernova Star System Linked to Potential 'Zombie Star'
• Wikipedia: Supernova
• Wikipedia: Type Ia supernova
• Wikipedia: SN 1987A
• Wikipedia: Neutron star
• Wikipedia: Crab Nebula