Kiedyś myśleliśmy, że rozumiemy mechanikę supernowych. Masywne gwiazdy eksplodują, pozostawiając po sobie gwiazdy neutronowe lub czarne dziury. Zazwyczaj najbardziej masywne gwiazdy występują parami – w układach podwójnych połączonych grawitacją.
Dlaczego nigdy nie byliśmy w stanie zobaczyć dwóch supernowych powstających w tym samym układzie podwójnym?
To nie tak, że takie wydarzenia nie istniały. Po prostu się ukrywali. Mianowicie na widoku, wewnątrz tak zwanej Mgławicy Meduza.
Szukaj niewidzialnej drugiej supernowej w IC 443
Prawdziwa nazwa Mgławicy Meduza to IC 443. To jedna z najsłynniejszych pozostałości po supernowej w naszej Galaktyce. Świeci jasno w zakresie rentgenowskim. Przez dziesięciolecia ta jasność stwarzała problemy, ukrywając wszystko wokół niej.
W pobliżu znajdowała się kolejna pozostałość. Było ciemno. Nazwaliśmy to G189.6+3. Był obecny w danych, ale nie chciał potwierdzić jego istnienia.
Astronomowie szukają pozostałości po supernowych, szukając fal uderzeniowych. Są to „fale” powstałe po zapadnięciu się jądra gwiazdy i rozproszeniu jego reszty w przestrzeń kosmiczną. Zwykle obserwuje się to w sygnałach radiowych lub powłokach rentgenowskich.
W 2023 roku zespół naukowców wykorzystał teleskop eROSITA (statek rentgenowski wystrzelony w 2018 roku i działający od 2019 roku). Odkryli powłokę plazmową nagrzaną do temperatury ponad 8 milionów stopni Celsjusza.
To było jak druga supernowa. Ale nie było sygnału radiowego. Raczej nie pasował do całej skorupy. Sytuacja pozostawała niejasna. To nie był „pistolet dymny”. Tylko cień.
Jak promienie gamma ujawniły podwójną eksplozję
Przełom nastąpił, gdy naukowcy przesunęli się wyżej na skali energetycznej.
Astronom ze Stanford, Miltiadis Michalides, kierował zespołem, który analizował dane z należącego do NASA Kosmicznego Teleskopu Promieniowania Gamma Fermi. Przeszukali zapisy archiwalne z 16 lat. Nie potrzebowali fal radiowych, ale promieni gamma.
Odkryli blask. Idealnie pasował do powłoki rentgenowskiej.
To udowodniło, że G189.6 to nie tylko dziwna chmura gazu, ale pozostałość po supernowej.
Ale tu nastąpił punkt zwrotny.
Północna część tej nowej pozostałości wyglądała inaczej. Emitował inny typ sygnału gamma. Większość G189.6 znajdowała się w pustej przestrzeni, a jej świecenie było spowodowane elektronami przyspieszanymi przez falę uderzeniową.
Część północna zderzyła się z murem. Mianowicie z chmurą S249 H II – gęstą chmurą zjonizowanego wodoru. Przyspieszano tutaj nie tylko elektrony, ale także protony. Ta specyficzna interakcja tworzy unikalną sygnaturę gamma.
Oto co jest zaskakujące: Cloud S249 był już znany ze swojej interakcji z Meduzą (IC 443).
Oznaczało to, że G189.6 i IC 443 znajdowały się nie tylko wizualnie blisko nieba. Byli fizycznymi sąsiadami. Zajmowały tyle samo miejsca.
Dlaczego odkrycie podwójnej supernowej ma znaczenie
Dlaczego interesują nas dwie martwe gwiazdy w pobliżu?
To rozwiązuje długoletnią teoretyczną zagadkę.
Gwiazdy w układach podwójnych ewoluują razem. Kiedy pierwsza, bardziej masywna gwiazda eksploduje jako supernowa, fala uderzeniowa dociera do swojego towarzysza. Satelita zostaje wyrzucony z orbity i odlatuje.
Później ta gwiazda towarzysząca również eksploduje.
Jeśli czas pomiędzy dwiema eksplozjami jest wystarczająco krótki, otrzymasz dwie pozostałości, które wydają się oddziaływać na siebie.
Symulacje komputerowe potwierdziły tę sekwencję. Obie gwiazdy rozpoczęły życie jako para. Pierwsza eksplodowała. Drugi został wysłany w powietrze. Poleciała na tyle daleko, że jej pozostałości pozostały oddzielone od pierwszego, ale na tyle blisko, że mogliśmy zobaczyć połączenie.
Eksplozje następowały w odstępie kilku lub dziesiątek tysięcy lat. W astronomicznej skali czasu jest to mgnienie oka.
Dzięki temu możemy zmierzyć coś, co wcześniej było niemożliwe: rozprzestrzenianie się energii.
Możemy teraz dokładnie obliczyć, w jaki sposób energia pierwszej supernowej przemieszczała się w przestrzeni. Widzimy, jak wyparł substancję. Możemy śledzić ruch gwiezdnych „odłamków” w ciemności.
Co to oznacza dla zrozumienia wczesnego Wszechświata
Nie chodzi tylko o jedną dziwną parę gwiazd.
Potwierdza to nasze modele ewolucji gwiazd podwójnych. Jak mówi Michalides: mieliśmy teorie. Teraz mamy fizyczne dowody, z którymi możemy to porównać.
Co ważniejsze, co takie układy mogą nam powiedzieć o wczesnym Wszechświecie.
Na początku przestrzeń była mniejsza. Była wypełniona masywnymi, krótkotrwałymi gwiazdami, które nieustannie ze sobą współdziałały. Powszechne były systemy podwójne i częste eksplozje.
Studiowanie IC 443 i G189.6 przypomina studiowanie reliktu tamtej burzliwej epoki.
Zaczynamy rozumieć, w jaki sposób powstają gwiazdy i galaktyki, obserwując ich śmierć.
Zespół planuje już poszukiwania kolejnych takich obiektów. Jeżeli je odnajdziemy, będziemy mogli doprecyzować nasze prognozy. Będziemy mogli śledzić ewolucję tych układów w Drodze Mlecznej i poza nią.
Do tego czasu Meduza ma bliźniaka. I przez cały ten czas czekał za kulisami w danych.
Czy mamy wystarczająco dużo danych dotyczących promieniowania gamma, aby znaleźć je wszystkie? Być może jeszcze nie. Ale następny już na nas czeka tam, za widzialnym.
