Supernova: Výbuch 3000 miliónov krát jasnejší ako Slnko

Hviezda nezanikne ticho, keď detonuje. Na svojom vrchole supernova môže vyzerať približne 3000 miliónov krát jasnejšia ako Slnko, keby oba boli umiestnené v rovnakej vzdialenosti od pozorovateľa – blesk tak násilný, že ho je možné sledovať z iných galaxií počas mesiacov.

Astronómovia tieto výbuchy rozdeľujú do dvoch širokých rodín: niektoré pochádzajú zo znenadilého, nekontrolovaného opätovného zapálenia vyhoreného hviezdneho jadra nazývaného biely trpaslík, zatiaľ čo iné označujú konečný kolaps jadra obrovskej hviezdy. Oba procesy končia rovnakým spôsobom, vo výbuchu, ktorý zasievajú vesmír novými prvkami a často zanechávajú zvláštny, kompaktný trup.

To, čo nasleduje, nie je všeobecný popis, ktorý každý článok opakuje. Je to súbor špecifických, zdrojov podporovaných čísel: ako rýchlo letí troskami, ako ďaleko boli namerané najslabšie a čo sa skutočne našlo skryté v pozostatkoch.

Biely trpaslík je vyhoreného hviezdneho jadra také husté, že len tlak elektrónov zabráni jeho ďalšiemu kolapsu. Ak pomaly vstrebáva plyn z doprovodnej hviezdy, jej hmotnosť sa môže blížiť Chandrasekharovej hranici, približne 1,44 krát hmotnosť Slnka – bod, za ktorým tlak degenerácie elektrónov už nemôže udržať hviezdu proti jej vlastnej gravitácii.

Akonáhle začne zapálenie, hviezda sa neprepadne; detonuje. Hmota je vyhodená von rýchlosťou 5000 až 20000 kilometrov za sekundu, približne 6% rýchlosti svetla. Časť týchto trosk naďalej expanduje po storočia: dvojitá degeneračná udalosť, kde sa dva bieli trpaslíci zlúčia namiesto toho, aby jeden pomaly žil z doprovodcu, môže vysvetliť, prečo G1.9+0.3, najmladší známy zvyšok supernovy v našej galaxii, zostal jasnejší a väčší desiatky rokov po jeho vzniku.

Supernovy sú dostatočne časté na to, aby profesionálne a amatérske hviezdne prieskumy našli viac ako 200 nových v jednom roku, 2012 – a SN 2012fr, objavená v októbri, bola medzi najjasnejšími toho roku.

Táto jasnosť činí číslo 3000 miliónov viac ako abstrakciou: astronómovia môžu priamo porovnať svetlo explodujúcej hviezdy so Slnkom, v porovnateľnej vzdialenosti, a získať skutočný pomer namiesto iba hrubého dojmu. Pozorovanie toho, ako jeden objekt prechádza z neviditeľnosti na krátko jasnejší ako jeho vlastná galaxia, je jedným z dôvodov, prečo sa lov na supernovy neustále rozširuje.

Niektoré supernovy sú dosť staré na to, aby ich zaznamenali historici namiesto ďalekohľadov, a napriek tomu ich troskami možno merať s modernou presnosťou. Zvyšok SN 1006 – výbuch dosť jasný na to, aby prilákal pozornosť v celom stredovekom svete – sedí približne 2,17 (plus alebo mínus 0,08) kiloparsec od Zeme, vzdialenosť určená sledovaním pomalého posunu jej svietiacich vlákien počas desiatkov obrázkov.

Toto meranie vzdialenosti umožňuje astronómom pracovať späť k vypočítanej maximálnej jasnosti pôvodného výbuchu a výsledok sa zarovnáva so stredinou rozsahu odhadov jasnosti zaznamenané pozorovateľmi, ktorí videli skutočnú udalosť prebiehať dlho predtým, ako existovali ďalekohľady.

Nie všetky výbuchy bieleho trpaslíka úplne zničia svoju hviezdu. Astronómovia identifikovali viac ako 30 neobvykle slabých "mini-supernovách" – výbuchov tak slabých, že biely trpaslík v ich strede by mohol prežiť namiesto toho, aby bol vymazaný.

Jeden z nich, SN 2012Z, sedí v hostiteľskej galaxii NGC 1309, približne 110 miliónov svetelných rokov vzdialenosti. Porovnanie s rovnako slabou udalosťou, SN 2008ha, ukazuje, ako široko sa táto zmenšená trieda môže líšiť: SN 2012Z sa radí medzi najmocnejšie z týchto podpovídaných výbuchov, zatiaľ čo SN 2008ha sa radí medzi najslabšie. Vzorec nebol prekvapením spätne – už v roku 2009 vedci navrhli, že tento typ udalosti pochádza z bieleho trpaslíka spárovaného s heliovou hviezdou, rokov predtým, než SN 2012Z dal príležitosť na priame testovanie nápadu.

Nie všetky supernovy sú slabé alebo blízko. ASASSN-15lh, najjasnejšia supernova kedy zaznamenána, leží približne 3,82 miliardy svetelných rokov od Zeme. Prvýkrát objavená v júni 2015 dosiahla približne 570 miliárd krát jasnosť Slnka – dvojnásobnú bolometrickú emisiu akejkoľvek inej známej supernovy.

Jeden hviezdny výbuch krátko jasnejší ako stovky miliárd slnk je užitočné pripomenutie, koľko energie je zamknuté v zdanlivo bežnej hviezde pred tým, ako vybuchne.

SN 1987A zostáva referenčným blízkym supernovom modernej éry. Astronómovia ju umiestňujú približne 51,4 kiloparsec vzdialenosti – približne 168000 svetelných rokov – čo z nej robí najbližší hviezdny výbuch, ktorý si ktokoľvek zapamätá od doby, keď Johannes Kepler sledoval jeden v roku 1604, dosť blízko a dosť nedávno, aby prístroje na celom svete mohli študovať v detailoch.

Teória predpokladala, že kolabujúce jadro malo zanechať neutrónovu hviezdu, ale desiatky rokov nikto nemohol potvrdiť, že tam skutočne bola. To sa zmenilo v roku 2019, keď astronómovia používajúci Atacama Large Millimeter Array nahlásili nepriame dôkazy zhrútenej neutrónové hviezdy v pozostatkoch. To, čo prežilo výbuch, sa očakáva, že sa bude podobať typickým neutrónovým hviezdam inde: objekty s polomerom približne 10 kilometrov, ktoré obsahujú približne 1,4 krát hmotnosť Slnka.

Slovo "supernova" je samo o sebe len približne storočné staré. Walter Baade a Fritz Zwicky dostávajú zásluhu: pár predstavil termín počas prednášky z astrofyziky v roku 1931, požičiavali si "novu", ktorú astronómovia už používali na zjasnenie hviezdy a pridali "super" akonáhle si uvedomili, že tieto udalosti boli kategoricky väčšie.

Jeden z predmetov, ktorý pomohol zjasnit túto distinkcii, sedí vo vnútri Krabbnej hmloviny – troskami supernovy, ktorú čínski astronómovia zaznamenali v roku 1054 nášho letopočtu.

V jej strede leží Krabí pulzar, neutrónová hviezda len 28 až 30 kilometrov široka, ktorá sa točí 30,2 krát za sekundu – kompaktný zvyšok výbuchu dosť jasného na to, aby pozorovatelia na druhej strane planéty ho zaznamenali bez ďalekohľadu, storočia predtým, než Baade a Zwicky dali fenoménu svoje meno.

• 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