Supernovat ovat eräitä energiatehokkaimpia ja voimakkaimpia tapahtumia havaittavissa olevassa universumissa. Ja vaikka tiedämme, että supernovat ovat vastuussa raskaiden elementtien luomisesta kaikelle planeetoista ihmisiin sähkötyökaluihin, tutkijat ovat jo kauan kamppailleet mekaniikan määrittämiseksi massiivisten tähteiden äkillisen romahtamisen ja sitä seuraavan räjähdyksen takana.
NASA, NASA: n NuSTAR-operaation ansiosta, meillä on ensimmäiset vankat vihjeet siihen, mitä tapahtuu ennen kuin tähti nousee nousemaan.
Yllä olevassa kuvassa näkyy supernovajäännös Cassiopeia A (tai lyhyt Cas A), jossa NuSTAR-tiedot ovat sinisinä ja Chandran röntgen observatorion havainnot punaisella, vihreällä ja keltaisella. Se on shokki, joka on jäljellä noin 15-25 kertaa massiivisemman tähden räjähdyksestä kuin aurinko yli 330 vuotta sitten *, ja se hehkuu erilaisilla valonpituuksilla lämpötiloista ja läsnä olevien elementtityyppien mukaan.
Aikaisemmat Chandran kanssa tehdyt havainnot paljastivat röntgensäteilypäästöjä Cas A: n laajentuvien kuoren ja rautapitoisten kaasujen filamenteista, mutta ne eivät pystyneet olemaan riittävän syvässä saadakseen paremman kuvan rakenteen sisäpuolelta. Vasta NASA: n ydinspektroskooppinen teleskooppijärjestelmä - joka on NuSTAR tietäjille - kääntyi röntgenkuvauksensa Cas A: een, jotta puuttuvat pulmapalat löydettiin.
Ja ne on tehty radioaktiivisesta titaanista.
Monia malleja on tehty (käyttämällä miljoonia tunteja supertietokoneaikaa) yrittämään selittää ydin-romahdukset supernovat. Yhdessä johtavista tähti on revitty voimakkaalta suuttimelta, joka ampuu sen napoilta - jotain, joka liittyy vielä voimakkaampiin (mutta keskittyneisiin) gammasäteilyyn. Mutta ei vaikuttanut siltä, että suihkukoneet olisivat aiheuttaneet Cas A: n, jolla ei ole elementtijäännöksiä suihkumassaan, ja lisäksi pelkästään suihkukoneisiin luottavat mallit eivät aina johtaneet täydelliseen supernovaan.
Kuten osoittautuu, NuSTARin paljastamat korkea-energian röntgensäteissä esiintyneet radioaktiivisen titaanin epäsymmetriset rumput syvällä Cas A: n kuorissa viittaavat yllättävän erilaiseen prosessiin: materiaalin ”hiertäminen” esi-isäntään tähti, joka laukaisee iskun aallon, lopulta repimällä sen toisistaan.
Katso animaatio prosessin etenemisestä:
Vain muutaman sadan millisekunnin ajanjaksolla tapahtuva hiertyminen - kirjaimellisesti silmänräpäyksessä - on verrattavissa kiehuvaan veteen liedellä. Kun kuplat murtuvat pinnan läpi, höyry purkautuu.
Vain tässä tapauksessa purkaus johtaa kokonaisen tähden mielenkiintoisesti voimakkaaseen räjähdykseen, räjäyttäen korkeaenergisten hiukkasten iskuaallon tähtienväliseen väliaineeseen ja hajottaen jaksollisen taulukon raskaita elementtejä galaksiin.
Cas A: n tapauksessa titaani-44 poistettiin kohoumina, jotka kaikuvat alkuperäisen löysän epäsymmetrian muodon. NuSTAR pystyi kuvaamaan ja kartoittamaan titaanin, joka hehkuu röntgensäteessä radioaktiivisuutensa vuoksi (eikä siksi, että sitä lämmitetään laajentamalla iskuaaltoja, kuten muutkin Chandralle näkyvät vaaleammat elementit).
"Ennen kuin meillä oli NuSTAR, emme voineet oikeasti nähdä räjähdyksen ytimen", Caltech-tähtitieteilijä Brian Grefenstette sanoi NASA: n puhelinneuvottelussa 19. helmikuuta.
”Aikaisemmin oli vaikea tulkita Cas A: n tapahtumia, koska materiaali, jonka voimme nähdä, hehkuu vain röntgensäteessä, kun se kuumenee. Nyt kun näemme radioaktiivisen materiaalin, joka hehkuu röntgensäteissä riippumatta siitä, saamme täydellisemmän kuvan räjähdyksen ytimessä tapahtuvasta. "
- Brian Grefenstette, pääkirjailija, Caltech
Okei, niin hieno, sanot. NASA: n NuSTAR on löytänyt titaanin hehku räjähtäneen tähden jäämistä. Chandra näki rautaa, ja tiedämme, että se hidastui ja "kiehui" murto-osan sekunti ennen kuin se räjähti. Mitä sitten?
"Nyt sinun pitäisi välittää tästä", sanoi tähtitieteilijä Robert Kirshner Harvard-Smithsonian astrofysiikan keskuksesta. ”Supernovat valmistavat kemiallisia elementtejä, joten jos ostit amerikkalaisen auton, sitä ei tehty Detroitissa kaksi vuotta sitten; tuossa teräksessä olevat raudan atomit valmistettiin muinaisessa supernovan räjähdyksessä, joka tapahtui viisi miljardia vuotta sitten. Ja NuSTAR osoittaa, että setä Jackin korvaavassa lonkkassa oleva titaani tehtiin myös tuossa räjähdyksessä.
”Olemme kaikki tähtitön, ja NuSTAR näyttää meille, mistä tulimme. Sisältää varaosat. Joten sinun pitäisi välittää tästä… ja samoin setäsi kanssa. ”
Ja NuSTAR ei voi tutkia vain ytimen romahtamista koskevaa supernovaa. Muun tyyppisiä supernovoja tutkitaan myös - SN2014J: n tapauksessa tyypin Ia, joka havaittiin M82: ssa tammikuussa, heti niiden esiintymisen jälkeen.
"Tiedämme, että nämä ovat erään tyyppisiä valkoisia kääpiöitähtejä, jotka räjähtävät", NuSTAR-tutkija Fiona Harrison vastasi Space Magazine -puhelimeen puhelinneuvottelun aikana. "Tämä on erittäin jännittävä uutinen ... NuSTAR on katsonut [SN2014J: tä] viikkojen ajan, ja toivomme pystyvämme sanomaan jotain myös tuosta räjähdyksestä."
Yksi viimeaikaisten NuSTAR-havaintojen arvokkaimmista saavutuksista on uuden havaittujen rajoitusten asettaminen tulevien ydin-romahduksen supernovien mallien asettamiselle…, joka auttaa antamaan vastauksia - ja todennäköisesti uusia kysymyksiä - siitä, kuinka tähti räjähtää, jopa satoja tai tuhansia vuosien kuluttua he tekevät.
"NuSTAR on edelläkävijä tiede, ja sinun on odotettava, että kun saat uusia tuloksia, se avaa niin monta kysymystä kuin vastaat", Kirshner sanoi.
NuSTAR avattiin kesäkuussa 2012 ja on ensimmäinen keskittyvä kova röntgen kaukoputki kiertämään maata ja ensimmäinen kaukoputki, joka pystyy tuottamaan radioaktiivisten elementtien karttoja supernoovan jäännöksissä.
Lue lisää JPL-lehdistötiedotteesta täältä ja kuuntele koko tiedotustilaisuus täältä.
* Koska Cas A asuu 11 000 valovuotta maasta, supernoovan todellinen päivämäärä olisi noin 11 330 vuotta sitten. Anna tai ota muutama.
