Blog

Celooblohový rentgenový průzkum našel největší pozůstatek supernovy, jaký byl kdy viděn

Na naší obloze chybí supernovy. Hvězdy žijí miliony nebo miliardy let. Ale vzhledem k pouhému počtu hvězd v Mléčné dráze bychom stále měli očekávat tyto kataklyzmatické hvězdné smrti každých 30-50 let. Jen málo z těchto explozí bude v dosahu prostého oka Země. Nova je z latinského významu'Nový'. Za posledních 2000 let lidé viděli na obloze asi sedm „nových“ hvězd, z nichž některé byly dostatečně jasné na to, aby je bylo možné vidět během dne, dokud po počáteční explozi nevybledly. I když jsme neviděli novou hvězdu objevit se na obloze více než 400 let, můžeme ji vidětnásledkys dalekohledy – zbytky supernov (SNR) – horké expandující plyny hvězdných explozí. SNR jsou viditelné až 150 000 let, než zmizí v Galaxii. Když si to spočítáme, na naší obloze by mělo být asi 1200 viditelných SNR, ale podařilo se nám najít jen asi 300. nedávno objevený . Pojmenováno po rodném městě prvního autora vědce Wernera Beckera, jehož výzkumný tým našel SNR pomocí Rentgenový průzkum eROSITA All-Sky , Hoinga je jedním z největších SNR, jaký kdy byl viděn.

Složený rentgenový (růžový) a rádiový (modrý) snímek Hoingy. Rentgenové paprsky objevené eROSITA jsou vyzařovány horkými úlomky explodované progenitorové hvězdy. Rádiové antény na Zemi detekují vyzařování záření z elektronů ve vnějším obalu supernovy
Kredit: eROSITA/MPE (RTG), CHIPASS/SPASS/N. Hurley-Walker, ICRAR-Curtin (rádio)

Skrývá se obr

Hoinga je velká. Opravdu velký. SNR pokrývá 4 stupně oblohy – osmkrát širší než Měsíc v úplňku. Zřejmá otázka – jak by astronomové již nenašli něco TAK obrovského? Hoinga není místo, kde obvykle hledáme supernovu. Většina našich vyhledávání SNR se zaměřuje na rovinu Galaxie směrem k jádru Mléčné dráhy, kde bychom očekávali, že najdeme nejhustší koncentraci starších a explodovaných hvězd. Ale Hoinga byla nalezena ve vysokých zeměpisných šířkách mimo rovinu Galaxie.

Kromě toho se Hoinga skrývá na oblozeprotožeje to tak velké. V tomto měřítku je obtížné odlišit SNR od jiných velkých struktur prachu a plynu, které tvoří galaxii známou jako „galaktický cirrus“. Je to jako snažit se vidět jednotlivý mrak na zatažené obloze. Galactic Cirrus také zastiňuje Hoinga v rádiovém světle, které se často používá k hledání SNR, což nutí Hoingu schovat se v pozadí. Na základě křížových odkazů se staršími rádiovými průzkumy oblohy výzkumný tým určil Hoingamělbyl pozorován dříve, ale nikdy nebyl identifikován jako SNR kvůli jeho poměrně slabé záři v rádiu. Zde má eROSITA výhodu, protože vidí rentgenové záření. Hoinga svítí v rentgenovém světle jasněji než Galaktický Cirrus, což mu umožňuje vyniknout z galaxie, která má být objevena.

Barevně kódovaný snímek prvního rentgenového celooblohového průzkumu eROSITA provedeného po dobu šesti měsíců (červená: 0,3-0,6 keV, zelená: 0,6-1 keV, modrá: 1-2,3 keV). (Poznámka 0,1 keV znamená teplotu plynu asi 1,1 milionu stupňů) Ti centrální bubliny stoupající ze středu Mléčné dráhy (modrý pruh uprostřed) byly také hlavní objevy eROSITA minulé aktivity v centru naší galaxie před tisíciletími. kredit Twitter účet eROSITA

Progenitor

Jak hvězdy stárnou a spalují zásobou vodíkového paliva, ukončí svůj život různými způsoby v závislosti na jejich hmotnosti. Hvězdy s nižší hmotností, jako je naše Slunce, bobtnají na červené obry, které nakonec odhodí své vnější vrstvy do vesmíru. Vyhořelé jádro hvězdy je odhaleno pod vrstvami přístřešku – vysoce stlačená horká zářící koule uhlíku o velikosti Země známá jako bílý trpaslík. Je to v podstatě horký vesmírný diamant velikosti planety. Žádný dramatický výbuch. Vychladnou přes eony a stanou se z nich „černý trpaslík“. Překvapivě samotný vesmír je není dost starý aby jakýkoli bílý trpaslík úplně vychladl na černého trpaslíkadosud. 99 % hvězd takto skončí svůj život. Bílí trpaslíci však mohou někdy vytvořit supernovu, i když na ně zatlačíme.

Bílí trpaslíci nevytvářejí novou energii, ale odvádějí zbytkové teplo do vesmíru. Pokud je však gravitací zapleten do binárního páru s jinou hvězdou, materiál z doprovodné hvězdy může být tažen na bílého trpaslíka. Pokud bílý trpaslík nashromáždí dostatek materiálu, aby překročil kritický práh 1,44 hmotnosti Slunce (hmotnost našeho Slunce), dojde k „útěkové“ reakci, kdy velká část superhusté hvězdy podstoupí současnou jadernou fúzi… během několika sekund. . Teploty stoupají kmiliardystupňů (jádro našeho Slunce je pro srovnání chladných 15 milionů) a hvězda dosáhne toho, co astronomové klidně nazývají „nezávaznou energií“ – BOOM! Supernovy z bílých trpaslíků jsou klasifikovány jako supernovy typu Ia.

Zbytek supernovy G299 je také produktem explodujícího bílého trpaslíka/ Tento explodoval asi před 4500 lety. kredit rentgenová observatoř NASA Chandra

Naproti tomu horních 1 % nejhmotnějších hvězd se stane supernovou samo o sobě, aniž by potřebovali společníka, ze kterého by materiál čerpal. Tyto hvězdy explodují a vytvářejí exotické objekty v podobě černých děr nebo pulsarů – super-super-hustý objekt o hmotnosti několika slunečních hmot nacpaný do 15 km koule. Exploze hmotných hvězd jsou známé jako „supernovy s kolapsem jádra“ nebo typu II. Pulsary a černé díry jsou zdroji rentgenového záření v okolním SNR. Hoinga však nemá centrální rentgenový objekt. Existuje 11 rentgenových „bodových zdrojů“ (ne difúzní plyn, ale koncentrované body energie) umístěných viditelně „uvnitř“ Hoinga SNR, což by mohly být pulsary nebo černé díry. Zdá se však, že tyto zdroje jsou v popředí nebo v pozadí. Bez centrálního zdroje rentgenového záření je pravděpodobné, že progenitorová hvězda Hoinga byla bílým trpaslíkem. Na rozdíl od masivní hvězdy, která exploduje a nechá za sebou jádro, které se stane pulsarem nebo černou dírou, bílý trpaslíkbylzbývající jádro hvězdy. Když exploduje, bodový zdroj je zničen.

Různé typy supernov – video Universe Today od Frasera Caina

Do světla

Určení dalších charakteristik Hoingy je obtížné, protože SNR se nachází mimo galaktickou rovinu daleko od jiných objektů, které můžeme použít jako referenci. Když jsou SNR umístěny v galaktické rovině, jsou obklopeny pulsary, jejichž vzdálenost je snáze měřitelná než difúzní plynová oblaka. V okruhu 20 stupňů od Hoingy na obloze nejsou žádné známé pulsary. Výzkumný tým poskytuje měření vzdálenosti poté porovnáním s jinými známými SNR.

V oblastech vesmíru, jako je např Magellanova mračna – satelitní galaxie Mléčné dráhy s masivními oblastmi tvorby hvězd – vidíme SNR s podobnou jasností a tvarem jako Hoinga se známými vzdálenostmi. Na základě kontrastů a podobností vědci dospěli k závěru, že vzdálenost k Hoinga musí být alespoň 450 parseků (asi 1470 světelných let). Víme také, že většina pozorovaných SNR s Hoingovým tvarem není větší než 100 pc (326 světelných let) v průměru. Znalost toho, jak široký je SNR, nám také poskytuje vodítka k jeho vzdálenosti, která naznačuje, že Hoinga je vzdálena nejvýše 1200 parseků (3900 světelných let). Takže teď máme maximální a minimální vzdálenost.

Oblast obklopující Hoinga po kontaminaci zdrojů vzdálených objektů v pozadí, bližších objektů v popředí a galaktického „Cirrus“ je ze snímku odfiltrována. Hoinga je objekt ve tvaru půlměsíce na pravém obrázku. Jasně žlutý bod v pravém horním rohu je vzdálená kupa galaxií Hydra A, která je vzdálena téměř miliardu světelných let c. Becker a kol. 2021

Vědci mohou také odvodit vzdálenost na základě pozorování k další velmi známé supernově zvané Vela. Vela explodovala asi před 12 000 lety a vytvořila pulsar. Výsledné SNR je jedním z nejneuvěřitelnějších snímků vesmíru, jaké jsem kdy viděl . Když víme, jak jasná je Vela, můžeme porovnat dva zbytky jako další bod dat, abychom zúžili náš rozsah 450-1200 procent, abychom určili, že Hoinga pravděpodobně sídlí 500 procent (1630 světelných let) od Země.

Energie ve tmě

eROSITA učinila objev Hoinga pouze jedním průchodem svého rentgenového průzkumu All-Sky, který poskytuje naději, že jsou připraveny další skryté SNR. Zařízení skenuje celou oblohu rychlostí 0,025 stupně každou sekundu a dokončí skenování každých šest měsíců. První skenování bylo spuštěno v červenci 2019 a první skenování bylo dokončeno 12. června 2020 s celkem osmi průzkumy plánovanými na 4 roky. eROSITA je sama o sobě primárním nástrojem na palubě rusko-německé mise „Spectrum-Roentgen-Gamma“ nebo „SGR“ vypuštěné z Bajkonuru v Kazachstánu. Zatímco několik misí provádí celooblohové průzkumy, SGR byl první, kdo dokončil celooblohový průzkum v rentgenovém záření.

Mimo lov supernov SGR pozoruje pohyby galaktických kup, aby získal náhled na „temnou energii“, málo pochopenou sílu, o které se věří, že je příčinou expanze vesmíru. Stejně jako připravovaný vesmírný teleskop Jamese Webba, SGR neobíhá kolem Země, ale je spíše zaparkován na „L2“ resp. Lagrange 2 , gravitační kapsa vytvořená interakcí Země, Slunce a Měsíce (představte si to jako ty vířící víry ve vodě, které vás pronásledují ve člunu. Pokud se do víru zachytí pěna nebo úlomky, přijdou spolu s vás na jízdu). Protože rentgenové záření je absorbováno zemskou atmosférou, je lepší umístit svůj rentgenový dalekohled do prostoru, kde žije SGR.

Výřez z většího snímku celooblohového průzkumu SRG/eROSITA shora. Pozůstatek supernovy Hoinga je označen. Velký jasný zdroj ve spodním kvadrantu snímku pochází ze zbytku supernovy „Vela“. Barvy obrazu korelují s energiemi detekovaných rentgenových fotonů. Červená představuje energetický rozsah 0,3-0,6 keV, zelená 0,6-1,0 keV a modrá 1,0-2,3 keV. Obrazový a textový kredit. SRG/eROSITA

S každým průchodem průzkumu All-Sky budou odhaleny další podrobnosti o objektech, jako je Hoinga. V kombinaci s jinými probíhající celooblohové průzkumy a obří nové projekty dalekohledů , shromažďujeme více dat o obloze než kdykoli předtím. Pravděpodobně najdeme mnohem více SNR a další skvělé věci o vesmíru, které nám nakonec pomohou porozumět sami sobě. Supernova nás udělala! Hvězdy vaří prvky těžké jako nikl a železo, ale vše, co je v periodické tabulce těžší než ony, je vytvořeno těmito hvězdnými explozemi, které pak zasévají surový materiál naší existence skrze Kosmos. Máme důkazy, že naše vlastní sluneční soustava byla obohacena úlomky supernov již v r před 4,567 miliardami let . Vidět pozůstatky těchto explozí znamená lépe poznat síly, které nás přivedly k životu.