Nevtronska zvezda v srcu slavne eksplozije
Vesoljski teleskop Jamesa Webba odkril, kaj je umrla zvezda pustila za seboj
Leta 1987 je v bližnji galaksiji eksplodirala danes verjetno najslavnejša supernova SN 1987A. Supernova in njen ostanek sta nam vse odtlej razodevala skrivnosti teh mogočnih eksplozij. Za zadnje veliko odkritje je nedavno poskrbel vesoljski teleskop Jamesa Webba, s katerim je astronomom končno uspelo potrditi že dolgo obstoječo domnevo: v srcu eksplozije je nevtronska zvezda, eden najgostejših objektov v vesolju.
Ian Shelton se je 23. februarja 1987 mudil v observatoriju Las Campanas v Čilu kot upravljavec teleskopa. V zgodnjih jutranjih urah je imel ravno še dovolj energije, da je razvil fotografijo, ki jo je posnel nekoliko prej. Opazoval je Veliki Magellanov oblak, satelitsko galaksijo naše galaksije, ki je od Sonca oddaljena za astronomske razmere pičlih 170.000 svetlobnih let. Ko si je ogledoval fotografijo, mu nekaj ni dalo miru. V galaksiji je sijala nova zvezda. Stopil je na plano, da bi se prepričal na lastne oči, in res, sredi njemu tako domačega polja zvezd je bila nova svetla pika. Ves iz sebe je stekel do kolegov. Ti so komaj verjeli njegovi pripovedi, a že bežen pogled v nebo je dvome ovrgel. Možno je bilo le eno: v Velikem Magellanovem oblaku je eksplodirala supernova.
Zakaj je pojav prav te supernove na nebu tako razvnel astronome? V tistih časih so odkrili nekaj deset supernov na leto. Danes jih pregledi neba odkrijejo več tisoč, torej vsekakor ne gre za redek dogodek. Toda supernova 1987A, kot so jo poimenovali, je bila res nekaj posebnega. Medtem ko praktično vse supernove eksplodirajo v oddaljenih galaksijah, se je SN 1987A pojavila tako rekoč na našem vesoljskem pragu. Supernova, ki bi jo lahko videli s prostim očesom, pa četudi le za trenutek, je bila pred tem zadnjič vidna leta 1604. Takrat jo je, ne vedoč, kaj pravzaprav gleda, popisal slavni Johannes Kepler. A v njegovem času ni bilo velikih teleskopov, kaj šele teleskopov, ki bi lahko supernovo opazovali zunaj območja vidnih valovnih dolžin. Supernova 1987A je tako prvič v moderni zgodovini astronomom omogočila podrobno študijo tega razburljivega eksplozivnega pojava.
Zvezda Sanduleak
Lastnosti in razvoj supernove so odvisni od zvezde tik pred smrtjo. Ima zvezda maso podobno Soncu ali je precej masivnejša? Se hitro vrti? Je osamljena ali ima mogoče spremljevalko? Kmalu po odkritju je postalo jasno, da je SN 1987A zasvetila po eksploziji zvezde, precej masivnejše od Sonca. Po eni strani je to dokazovala posebna oblika spektra svetlobe (kolike svetlobe izseva supernova pri posamezni valovni dolžini). Še bolj neposreden dokaz pa se je skrival v arhivskih slikah zvezdnega polja v Velikem Magellanovem oblaku. Štiri dni po eksploziji so astronomi že ugibali, da je bila na mestu eksplozije zvezda Sanduleak –69 202. In res, ko je supernova ugasnila, te zvezde ni bilo več videti. Ocenjena masa zvezde je bila okoli 20 Sončevih mas.
Masivne zvezde v svojem jedru z jedrskimi reakcijami kot za stavo kurijo gorivo: iz vodika nastane helij, iz helija ogljik, nato kisik, magnezij in tako dalje vse do železa. Na tej točki zvezdno jedro ne more več podpirati samega sebe in se sesede. Pri tem zunanje plasti katapultira v vesolje, kjer pri trku z okoliško snovjo zasvetijo kot supernova. Energija, sproščena pri kolapsu jedra, je ogromna: supernova v nekaj tednih sprosti toliko energije, kolikor je bo Sonce v vsem svojem 12 milijard let dolgem življenju. Eno prvih presenečenj, ki nam jih je ponudila SN 1987A, je bila prav zvezda Sanduleak –69 202. Z arhivskimi posnetki so astronomi lahko prvič preučevali zvezdo, preden je ta eksplodirala (zdaj je takih primerov že več deset). Na presenečenje vseh je bila ta zvezda modra nadorjakinja, tip zvezde, za katerega so pred tem domnevali, da ne more eksplodirati kot supernova.
Svetloba, ki so jo tistega jutra opazili Shelton in še nekateri srečni opazovalci južne poloble, ni bila prva znanilka smrti zvezde. Kakšne tri ure prej so zasvetili detektorji kar treh observatorijev nevtrinov. Nevtrini so majceni delci brez naboja, ki med drugim nastanejo pri kolapsu zvezdnega jedra. So tako izmuzljivi, da večinoma snovi, ki jim prekriža pot, sploh ne opazijo. Če želimo ujeti redko interakcijo nevtrina in atoma snovi, moramo zgraditi velikanske detektorje, in še takrat je detekcija posameznega nevtrina razlog za neizmerno veselje. Supernova 1987A je detektorje, če malo pretiravamo, skoraj zasičila: vsega skupaj so trije detektorji v 13 sekundah našteli kar 25 nevtrinov.
Nevtrini in opazovanja supernove v celotnem območju svetlobe, od sevanja gama do radijskih valov, so omogočili natančno modeliranje razmer med eksplozijo. Izredno zanimivo je bilo tudi odkritje, da so se molekule in atomi v snovi, izvrženi pri eksploziji, povezali v prašna zrnca. Če je SN 1987A tipičen primerek svoje vrste, so ravno takšne supernove odgovorne za dobršen del prahu, ki ga opažamo v mladem vesolju. Ena izmed ugank supernove pa je ostala neodgovorjena vse do danes: kaj je umrla zvezda pustila za seboj?
Ostanki po eksploziji
Usoda zvezdnega jedra je odvisna od njegove mase. Jedra večje mase se sesedejo v črno luknjo, manj masivna pa v nevtronsko zvezdo. Te so najbolj kompaktni (zvezdnati) objekti v vesolju: v kroglo s premerom okoli 10 kilometrov je stlačena masa, večja od mase Sonca. Komaj rojena nevtronska zvezda je zelo vroča, s površinsko temperaturo več kot milijon stopinj. Včasih se nevtronske zvezde hitro vrtijo, kar v kombinaciji z močnimi magnetnimi polji vodi do pulzirajočega sevanja v radijskih valovnih dolžinah – takšnim nevtronskim zvezdam pravimo pulzarji.
Astronomi so že od vsega začetka sumili, da je za supernovo 1987A ostala nevtronska zvezda. Prvi namig je bil kar že omenjeni trinajstsekundni izbruh nevtrinov, ki bi bil verjetno krajši, če bi nastala črna luknja. A več desetletij je trajalo, preden se je prostor okoli eksplozije nekoliko razkadil in je bilo možno pogledati v samo srčiko ostanka supernove. Pred nekaj leti je več študij nakazalo, da imamo opravka z nevtronsko zvezdo, vendar trdnih dokazov niso ponudile.
Nedavno pa se je v ostanke supernove zazrl tudi vesoljski teleskop Jamesa Webba. Raziskovalci so v spektru infrardeče svetlobe, ki izvira iz središča ostanka supernove, odkrili sledove večkrat ioniziranega argona in žvepla. Kako lahko to služi kot dokaz o nevtronski zvezdi? Sama nevtronska zvezda še vedno ostaja skrita, a ker je tako vroča, vpliva na svojo okolico. S svetlobo visokih energij obseva okoliški plin, ki posledično zasveti. Opaženi sledovi argona in žvepla so ravno to, kar so napovedovali modeli v primeru nevtronske zvezde. Čeprav je bolj ali manj jasno, da imamo opravka z nevtronsko zvezdo, pa so njene značilnosti še zmeraj skrivnost.
Pikolovcev med nami niti Webbova opazovanja ne bodo povsem prepričala. Neposredni dokaz o obstoju nevtronske zvezde bi bil za te ostanke zvezd značilno pulziranje v rentgenski ali radijski svetlobi. Ali pa kar točkasti vir rentgenskega sevanja v središču ostanka supernove. Toda za slednje bo treba počakati, da se prah nekoliko razkadi.
Astronomi, opremljeni s teleskopi in detektorji tako na Zemlji kot v vesolju, že vse od leta 1987 nestrpno čakajo, da bo nebo znova osvetlila bližnja supernova. Do takrat pa se bodo še vedno vsake toliko ozrli k ostanku SN 1987A, ki nas ima še marsikaj naučiti.
Nevtrini in opazovanja supernove v celotnem območju svetlobe, od sevanja gama do radijskih valov, so omogočili natančno modeliranje razmer med eksplozijo.
Jure Japelj je doktor astrofizike, sodelavec Univerze v Novi Gorici.