Szupernóva-robbanás 3D-ben először

Minden korábbinál részletesebben sikerült meghatározni a Cassiopeia-A jelű szupernóva-maradvány térbeli jellemzőit. A felmérés a robbanás során keletkezett aszimmetrikus anyagsugarakat mutatott ki. 

A Cassiopeia-A egy tőlünk 11 ezer fényévre lévő szupernóva-maradvány. Egy 330 évvel ezelőtt felrobbant nagytömegű csillag hozta létre, és viszonylag közeli helyezete miatt részletesen tanulmányozható.

Egy nemzetközi csillagászcsoportnak nemrég sikerült az objektum térbeli jellemzőit minden korábbinál pontosabban rekonstruálni. A megfigyeléseket elsősorban a röntgenhullámhosszakon végezték, az adatok értelmezéséhez pedig orvosi módszereket is alkalmaztak. A diagnosztikai céllal kifejlesztett számítógépes technológia lehetőséget adott a képződmény térbeli jellemzőinek rekonstruálására, eltérő felvételek alapján.

A háromdimenziós, a maga nemében eddig egyedülálló modellen a centrumból nagy sebességgel kifelé haladó anyagsugarakat azonosítottak, amelyek létezését már korábban is feltételezték. Az elemzés során - meglepő módon - több anyagsugár néhány képzeletbeli korong, egy-egy sík mentén sorakozott.

Az eredeti csillagban beljebb lévő, nehezebb elemekben, főleg neonban, szilíciumban és argonban gazdag rétegek szabálytalan helyzetű, keskeny anyagsugarak formájában lövelltek ki. A jelenséget az eredetileg felettük lévő, befelé zuhanó rétegek és a velük kapcsolatos lökéshullámok kölcsönhatása váltotta ki. A csillag külső, távolabbi rétegei ezzel ellentétben közel gömbszimmetrikus formában robbantak le, utóbbi térségben sok szénatommag lehetett.

A megfigyeléssorozat szerint a tágulási sebesség 5000 kilométer/másodperc körüli, ami lassabb az elméleti számítások alapján vártnál. A robbanásnak feltehetőleg nem a teljes energiája jelent meg az anyag tágulása formájában. A lökéshullámoknál lévő mágneses erővonalak mentén töltött részecskék mozogtak, amelyek ún. szinkrotonsugárzást bocsátottak ki. Ez a folyamat sok energiát vitt el, ezért jutott kevesebb a táguló mozgásra.

A mellékelt képsorozat 2000 januárjában, 2002 és 2004 februárjában, valamint 2007 decemberében készült felvételek alapján mutatja a Cassiopeia-A tágulását. A zöld szín a vastól származik, amelyet a röntgentartományban figyeltek meg, és amely jól látható a balra kilövellő anyagsugarak formájában. A sárga árnyalat több eltérő hullámhosszon végzett megfigyelések alapján az argon és a szilícium eloszlását mutatja. A kék szín a legkülső lökéshullám helyét jelzi.

A Cassiopeia-A tágulásának négy pillanatképe (NASA/CXC/SAO/D.Patnaude et al.)

A jelenség során számos nagyenergiájú atommag is kilökődött eredeti helyzetéből, amelyek később ún. kozmikus sugarak, azaz a csillagközi térben vándorló nagy sebességű atommagokként haladtak tovább. A számítások alapján a robbanás energiájának akár 35%-a is az ilyen részecskék felgyorsítására fordulhatott. Mindezek segítenek a szupernóva-robbanásokat leíró modellek pontosításában.

A Cassiopeia-A térbeli szerkezetéről készült animáció (NASA/CXC/SAO/D.Patnaude et al.)

A méréssorozat arra is rámutatott, hogy a táguló szupernóva-maradvány egyes részei közel éves időskálán vizsgálva hol kifényesednek, hol pedig elhalványodnak. A jelenség a fenti folyamatok keretében egyre jobban gerjesztett részecskék sugárzásától áll elő, amelyek időnként leadják energiájuk jelentős részét, és ekkor halványabbá válik az adott régió, később ismét megnő az energiájuk, és erősebben sugároznak, felfényesedést okozva.