Supernova: Räjähdys 3000 miljoonaa kertaa kirkkaampi kuin Aurinko

Tähti ei katoa hiljaa, kun se räjähtää. Huippunsa aikaan supernova voi näyttää noin 3000 miljoonaa kertaa kirkkaampi kuin Aurinko, jos nämä kaksi olisivat samalla etäisyydellä tarkkailijasta – välähdys niin väkivaltainen, että se voidaan jäljittää muista galakseista kuukausien ajan.

Tähtitieteilijät luokittelevat nämä räjähdykset kahteen laajaan perheeseen: jotkin johtuvat palaneen tähdintäytteen, nimeltään valkoinen kääpiö, äkkiseltä ja hallitsemattomasta uudelleensyttymisestä, kun taas toiset merkitsevät massiivisen tähden ytimen lopullista romahtamista. Molemmat prosessit päättyvät samalla tavalla, räjähdyksessä, joka kylvää avaruuden uusilla alkuaineilla ja usein jättää jälkeensä outoa, kompaktia ruumista.

Seuraavaa ei ole yleinen kaavio, jonka jokainen artikkeli toistaa. Se on joukko spesifisiä, lähdeperustaisia ​​lukuja: kuinka nopeasti rauniot lentävät, kuinka kaukaa heikoimpien on mitattu, ja mitä on todellisuudessa löydetty raunioiden sisältä piilotetusta.

Valkoinen kääpiö on palanut tähdintytim niin tiheä, että vain elektronipaine estää sen romahtamasta pidemmälle. Jos se hitaasti imee kaasua kumppani-tähdestä, sen massa voi lähestyä Chandrasekhar-rajaa, noin 1,44 kertaa Auringon massa – piste, jonka jälkeen elektronin rappeutumispaine ei voi enää pitää tähteä sen omaa painovoimaa vastaan.

Kun sytytysprosessi alkaa, tähti ei yksinkertaisesti romahda; se räjähtää. Aine ammutaan ulos nopeudella 5000-20000 kilometria sekunnissa, noin 6% valon nopeudesta. Osa näistä raunioista jatkaa laajentumista vuosisatojen ajan: kaksoisrappeuma, jossa kaksi valkoista kääpiötä sulautuvat sen sijaan, että yksi hitaasti ruokkii kumppanistansa, voi selittää, miksi G1.9+0.3, nuorin tunnettu supernovan jäänös galaksissamme, on pysynyt kirkkaampi ja suurempi vuosikymmenet sen muodostumisen jälkeen.

Supernovaa ovat niin yleisiä, että ammattimaiset ja amatööreiden taivaantutkimukset löysivät yli 200 uusia yhdessä vuodessa, 2012 – ja SN 2012fr, joka havaittiin sillä lokakuulla, sijoittui kyseisen vuoden kirkkaimpia joukossa.

Tämä kirkkaus tekee 3000 miljoonan luvusta enemmän kuin abstraktin: tähtitieteilijät voivat verrata räjähtävän tähden valoa suoraan Auringon valoon samalla etäisyydellä ja saada todellisen suhteen pelkkien likimääräisten mielikuvituksien sijasta. Yhden objektin katseleminen siirtymisen näkymättömästä lyhyesti kirkkaammaksi kuin oma galaksinsa on osa syytä, miksi supernova-metsästys jatkaa laajenemista.

Jotkut supernovaa ovat niin vanhoja, että historioitsijat kirjasivat ne pikemminkin kuin teleskoopit, silti niiden rauniot voidaan mitata nykyaikaisen tarkkuuden kanssa. SN 1006:n jäänös – räjähdys, joka oli kirkas tarpeeksi houkuttelemaan huomion koko keskiaikaisen maailman yli – sijaitsee noin 2,17 (plus tai miinus 0,08) kiloparsekia Maasta päin, etäisyys määritetty seuraamalla sen loistavia säikeitä niin hitaasti kymmeniksi vuosiksi kuviin.

Tämä etäisyysmittaus antaa tähtitieteilijöille mahdollisuuden työskennellä taaksepäin kohti laskettua huippukirkkaus alkuperäiselle räjähdykselle, ja tulos on sopusoinnussa observaattoreiden kirjaamien kirkkauden arviointien puolivälistä, jotka seurasivat todellisen tapahtuman purkautumista kauan ennen kuin teleskoopit olivat olemassa.

Kaikki valkoisen kääpiön räjähdykset eivät täysin tuhoaa tähteään. Tähtitieteilijät ovat tunnistaneet yli 30 epätavallisen heikkoa "mini-supernovaa" – räjähdyksiä niin heikkoja, että keskellä oleva valkoinen kääpiö voisi selviytyä sen sijaan, että se pyyhkäisisi pois.

Yksi niistä, SN 2012Z, sijaitsee isäntägalaksissa NGC 1309, noin 110 miljoonan valovuoden päässä. Vertaamalla sitä yhtä heikkoon tapahtumaan, SN 2008ha, osoittaa kuinka laajalti tämä kevennetty luokka voi vaihdella: SN 2012Z sijoittuu näiden alivoimaistujen räjähdysien voipteisiin, kun taas SN 2008ha sijoittuu heikoimpiin. Malli ei ollut yllätys jälkeenpäin – jo vuonna 2009 tutkijat olivat jo ehdottaneet, että tämä tapahtuma johtui valkoisesta kääpiöstä, joka oli parissa heliumitähteä, vuosia ennen kuin SN 2012Z antoi heille mahdollisuuden testata ideaa suoraan.

Kaikkia supernovaa ei ole heikkoja tai lähellä. ASASSN-15lh, kirkkain supernova koskaan kirjattu, sijaitsee noin 3,82 miljardi valovuotta Maasta. Ensin havaittu kesäkuussa 2015, se saavutti huippunsa noin 570 miljardissa kertaa Auringon kirkkaus – kahden kertaa bolometrinen lähtö minkä tahansa muun tunnetun supernovan.

Yksittäinen tähden räjähdys, joka lyhyesti loistaa kirkkaammaksi kuin satoja miljardeja aurinkoja, on hyödyllinen muistutus kuinka paljon energiaa on lukittu tavallisen näköisen tähden sisällä ennen kuin se räjähtää.

SN 1987A jää nykyajan läheisen supernovan vertailuarvoksi. Tähtitieteilijät sijoittavat sen noin 51,4 kiloparsekiksi – noin 168000 valovuotta – mikä tekee siitä lähimmän tähden räjähdyksen, jonka kukaan on dokumentoinut siitä lähtien, kun Johannes Kepler jäljitti yhtä vuonna 1604, tarpeeksi lähellä, ja tarpeeksi tuoreesti, että planeetar ympärillä olevat välineet voivat tutkia sitä yksityiskohtaisesti.

Teoria ennusti, että romahtava ydin olisi pitänyt jättää neutronitähden jälkeensä, mutta vuosikymmenten ajan kukaan ei voinut vahvistaa, että oikeasti yksi oli siellä. Se muuttui vuonna 2019, kun tähtitieteilijät käyttävät Atacama Large Millimeter Arrayta ilmoittivat epäsuoria todisteita romahtaneesta neutronitähdestä jäännössissä. Mitä tahansa räjähdyksestä selvinneestä odotetaan muistuttavan tyypillisiä neutronitähtiä muualla: objekteja, joiden säde on noin 10 kilometriä ja jotka sisältävät noin 1,4 kertaa Auringon massan.

Sana "supernova" itse on vain noin sata vuotta vanha. Walter Baade ja Fritz Zwicky saavat tunnustuksen: pari esitteli termin astrofysiikan luennon yhteydessä vuonna 1931, lainatten "novaa", jota tähtitieteilijät käyttivät jo tähtien kirkkauden vaihtelusta, ja lisäämällä "super", kun he ymmärsivät nämä tapahtumat olivat kategorisesti suurempia.

Yksi esineistä, jotka auttoivat tehdä tästä erotuksesta ilmeinen, sijaitsee Krapu-sumulla – supernovan raunioissa, jotka kiinalaiset tähtitieteilijät kirjasivat vuonna 1054 jKr.

Sen keskelle sijaitsee Krapu-pulsari, neutronitähti vain 28-30 kilometriä leveä, joka pyörii 30,2 kertaa sekunnissa – romahtaneen räjähdyksen kompakti jäännös, joka oli kirkas tarpeeksi planetan toisella puolella olevilla observaattoreilla kirjaamaan sen ilman kaukoputkea, vuosisadolla ennen kuin Baade ja Zwicky antoivat ilmiölle sen nimen.

• ESO: Supernovan nousu ja lasku
• arXiv: SN 1006 Jäänös — Optiset omat liikkeet, syvä kuvantaminen, etäisyys ja kirkkaus maksimissa
• arXiv: Nuoret jäännökset tyypin Ia supernovaa ja niiden progenitorit — SNR G1.9+0.3
• ScienceDaily: Hubble löytää supernova-tähtijärjestelmän, joka liittyy mahdolliseen "zombi-tähtiin"
• Wikipedia: Supernova
• Wikipedia: Tyypin Ia supernova
• Wikipedia: SN 1987A
• Wikipedia: Neutronitähti
• Wikipedia: Krapu-sumu