Milyen elemeket szórnak szét a szupernóvák?

Két távoli galaxishalmaz kémiai összetételéből az ott bekövetkezett szupernóva-robbanások jellemzőire következtettek a szakemberek.

A csillagközi anyag és a később belőle született csillagok összetétele (azok viselkedése és a körülöttük születő bolygók jellemzői) szempontjából kulcsfontosságú, hogy a szupernóva-robbanások keretében milyen elemek és milyen arányban szóródnak szét a világűrben. A csillagok segítéségével lezajló kémiai "fejlődésről" ezúttal néhány távoli galaxisnál szereztünk új adatokat.

Az XMM-Newton teleszkóppal két erős röntgensugárzású csillagvárost tanulmányozott egy nemzetközi csillagászcsoport Norbert Werner (SRON) vezetésével. Céljuk, hogy a galaxisok közötti és az egyes galaxisokon belüli, a csillagok közötti anyag összetételét minél pontosabban megállapítsák. A galaxishalmazokban az anyag jelentős része forró és diffúz gáz formájában található az egyes csillagvárosok között, amit szupernóva-robbanások és erős csillagszelek repítettek széjjel.

Napjainkban a szupernóva-robbanásokat két nagy csoportra osztják: az Ia-típusúakra, amelyeknél (a leginkább elfogadott verzió szerint) a kiinduló égitest egy fősorozati életét már befejezett csillag, amely fehér törpévé zsugorodott. Ha ez egy kettős rendszerben található és társáról a felszínére átáramló anyag mennyisége meghalad egy kritikus határt, Ia-típusú szupernóva-robbanás következik be.

A másik csoportba tartozó szupernóvák eleve nagytömegű csillagok élete végén születnek, amikor azok magja neutroncsillaggá vagy fekete lyukká omlik össze. Míg az első csoport robbanásai nagyobb arányban szórnak szét vasat és nikkelt, a második csoport inkább oxigénből, neonból és magnéziumból gyárt többet (bár ezen elemek mindkét csoportnál megtalálhatók, de eltérő arányban keletkeznek).

Az XMM-Newton röntgenteleszkóppal 2002 novemberében és 2003 augusztusában a Sersic 159-03 és 2A 0335+096 jelzésű halmazokat tanulmányozták, fél-fél napon keresztül. A megfigyelés révén sikerült mindkét halmaz forró, ionizált anyagának összetételét viszonylag pontosan meghatározni. Az oxigén, a vas, a neon, a magnézium, a szilícium, az argon, a kalcium, a nikkel és a króm gyakoriságát vizsgálták - a króm esetében ez volt az első ilyen sikeres mérés egy galaxishalmazban.

Az eredmények alapján számított szupernóva-gyakoriság arra utal, hogy a megfigyelt két halmaz plazmaanyagát gazdagító robbanásoknak mintegy 30%-a volt Ia-típusú, azaz olyan fehér törpék kataklizmája, amelyek a rajtuk halmozódó anyag révén érték el a kritikus tömeget. (Az ilyen Ia típusú szupernóva-robbanások aránya jelenleg 13% körüli a Tejútrendszerben.) Ezen felül a megfigyelések több kalciumot mutattak, mint amire az elméleti modellek utaltak, és a nikkel gyakoriság sem egyezett az előrejelzésekkel. A szilícium és a vas aránya jelentősen különbözött a két halmaznál, amely fejlődésük különbségeire utalhat. Az elemek térbeli eloszlása is szolgálhat további információkkal. Ez a 2A 0335+096 esetében a galaxisok jelenleg is zajló összeolvadására utalt. A Sersic 159-03 halmaznál pedig a vas és az oxigén eloszlása alapján a nagytömegű csillagok élete végén bekövetkező szupernóva-robbanások főleg régebben történtek, míg napjainkban már inkább az Ia-típusú robbanások dominálnak, amelyekre főleg a halmaz belső tartományában kerülhet sor.

Érthető, hogy az eltérő típusú szuperóvák időbeli megoszlása egyetlen galaxison belül is változik. A nagytömegű és rövidéletű csillagok főleg a heves csillagkeletkezéshez kapcsolódnak, ami a galaxis élete elején, vagy későbbi heves kölcsönhatások során jellemző. Az Ia-típusú szupernóvák megjelenéséhez idő kell, ezek ugyanis - mint már említettük - kisebb tömegű és hosszabb életű csillagok után visszamaradt fehér törpékből keletkeznek. Mindezek nyomán időben jelentősen változhat a csillagközi anyag összetétele, és ezzel együtt például a belőle született csillagok, valamint azok bolygóinak kémiai jellemzői.