Olbrzymia gwiazda wybucha jako supernowa
i... kryje się we własnym pyle

Polsko-amerykański zespół naukowców, którego liderem jest dr Szymon Kozłowski, adiunkt w Obserwatorium Astronomicznym Uniwersytetu Warszawskiego, ogłosił na łamach prestiżowego czasopisma astronomicznego The Astrophysical Journal odkrycie unikalnego obiektu. Olbrzymia gwiazda w odległej galaktyce zakończyła swoje życie w niepozornym, zupełnie nieefektownym wybuchu pogrążając się we własnym pyle. Ten osobliwy przypadek został odkryty po raz pierwszy, choć prawdopodobnie w młodszym Wszechświecie występował znacznie powszechniej i właśnie dzięki swej wyjątkowości jest niezwykle ciekawy.

Do odkrycia doszło niejako przypadkiem, przy okazji analizy danych podczerwonego przeglądu galaktyk prowadzonego w latach 2004-2008 za pomocą Kosmicznego Teleskopu Spitzera. Zespół skupiony był na poszukiwaniu aktywnych jąder galaktyk z bardzo masywnymi czarnymi dziurami, których istnienie manifestuje się emisją ogromnej energii generowanej w wyniku spadku na nie otaczającej materii. W szczególności astronomowie poszukiwali obiektów o zmieniającej się temperaturze, które mogłyby dostarczyć dowodów na zróżnicowane opadanie materii na czarną dziurę.

– Astronomowie nie spodziewali się odkrycia gwiazdy supernowej w takich danych, wyjaśnia dr Kozłowski. – Supernowe emitują duże ilości energii jako światło widzialne, a nie w postaci ciepła.

Znaleziony, gorący obiekt w galaktyce odległej o trzy miliardy lat świetlnych nie pasował do opisu typowego aktywnego jądra galaktyki. Dodatkowo rozkład energii obiektu uzyskany przy użyciu jednego z największych teleskopów na Ziemi – 10 metrowego teleskopu Keck na Hawajach – znacznie różnił się od typowego rozkładu energii obserwowanego dla aktywnych galaktyk.

Ogromne ilości energii wypływały z obiektu przez sześć miesięcy. I tak szybko jak wypływ się pojawił, tak nagle zniknął w marcu 2008 roku. Fakt ten utwierdził astronomów w przekonaniu, że zaobserwowany obiekt jest tzw. gwiazdą supernową.

– W ciągu zaledwie sześciu miesięcy obiekt ten wyemitował więcej energii niż Słońce w całym swoim życiu – mówi dr Kozłowski.

Nie ulegało wątpliwości, że skoro odkryty obiekt jest rzeczywiście supernową, to przy tak gigantycznej ilości wyemitowanej energii mamy do czynienia wręcz z „hipernową” czyli niezwykle masywną supernową. Pozostała do wyjaśnienia zagadkowa temperatura obiektu – zaledwie około 700 stopni Celsjusza, niewiele więcej niż temperatura na powierzchni Wenus. Naukowcy zastanawiali się, co może pochłaniać tak ogromne ilości energii i wypromieniowywać je w postaci ciepła?

Sprawcą okazał się pył – ogromne jego ilości. Na podstawie odtworzonego przebiegu wydarzeń astronomowie ustalili zarówno jaka gwiazda wybuchła jako supernowa, oraz jak to możliwe, że pył w dużej mierze przysłonił tę eksplozję. Oszacowali masę umierającej gwiazdy na około 50 mas Słońca, dostatecznie więc dużo aby przed zakończeniem życia gwiazda wyrzuciła w przestrzeń kosmiczną potężną chmurę pyłu.

Ta szczególna gwiazda musiała mieć co najmniej dwie takie erupcje – jedną 300 lat, a drugą zaledwie cztery lata przed wybuchem supernowej. Pył i gaz z obydwu erupcji został uwięziony wokół gwiazdy w otaczających ją, powoli rozszerzających się chmurach. Wewnętrzna chmura – ta sprzed czterech lat – znajduje się znacznie bliżej gwiazdy, niż ta sprzed 300 lat.

– Wydaje nam się, że zewnętrzna chmura musiała być całkowicie nieprzezroczysta, więc pochłonęła całe światło, któremu udało się przedostać przez wewnętrzną chmurę, a następnie zamieniła je na ciepło – mówi profesor Christopher Kochanek z Uniwersytetu Stanowego w Ohio. – Dlatego właśnie supernowa pojawiła się w przeglądzie Spitzera jako gorąca chmura pyłu.

Współautor pracy – profesor Krzysztof Stanek, również z Uniwersytetu Stanowego w Ohio (notabene absolwent astronomii na Uniwersytecie Warszawskim), uważa, że tego rodzaju gwiazd było znacznie więcej gdy Wszechświat był młodszy. – Takie eksplozje zdarzają się częściej w małych galaktykach o małej metaliczności – mówi, mając na myśli młode galaktyki, które nie istniały wystarczająco długo aby gwiazdy je tworzące miały możliwość zamiany wodoru i helu na cięższe pierwiastki, określane mianem „metali” przez astronomów.

Dr Kozłowski przewiduje, że więcej takich supernowych będzie znalezionych przez satelitę o nazwie Wide-field Infrared Explorer, w skrócie WISE, umieszczonym na orbicie przez amerykańską agencję kosmiczną NASA w grudniu 2009 roku. – Spodziewam się, że WISE znajdzie koło 100 takich supernowych w ciągu dwóch lat misji – teraz dokładnie wiemy czego szukać.

Z powodu niekorzystnego względnego ustawienia supernowej, Ziemi i Słońca, nie było możliwe bezpośrednie zaobserwowanie supernowej z Ziemi. Prof. Kochanek uważa jednak, że mamy kolejną szansę zobaczyć reinkarnację tej supernowej za około dziesięć lat. Tyle potrzeba aby wewnętrzna chmura pyłu, poruszająca się teraz znacznie szybciej po zderzeniu z pozostałościami supernowej, zderzyła się z zewnętrzna chmurą. Powinniśmy wtedy zaobserwować wyraźne pojaśnienie. Okazuje się jednak, że podobne widowisko szykuje się nam znacznie bliżej.

– Jeśli gwiazda Eta Carinae wybuchłaby teraz jako supernowa, wyglądałaby dokładnie tak, jak nasza supernowa – stwierdza profesor Kochanek, odnosząc się do jednej z najjaśniejszych gwiazd w naszej Galaktyce.

Dwie gwiazdy tworzące układ Eta Carinae, oddalone są od nas o 7500 lat świetlnych i otoczone są chmurą pyłu. Astronomowie uważają, że ta chmura powstała kiedy większa z gwiazd wyrzuciła w przestrzeń kosmiczną duże ilości pyłu około 1840 roku. Możemy się także spodziewać kolejnych erupcji.

Dr Szymon Kozłowski w trakcie realizacji tego projektu przebywał na stażu podoktorskim w Uniwersytecie Stanowym Ohio, USA. Obecnie jest adiunktem w Obserwatorium Astronomicznym Uniwersytetu Warszawskiego pracującym w zespole projektu OGLE (The Optical Gravitational Lensing Experiment). Współautorami publikacji są także profesor Grzegorz Pojmański z Obserwatorium Astronomicznego UW, oraz absolwenci astronomii na UW, doktorzy Dorota Szczygieł, Przemysław Woźniak, Jan Skowron oraz Bogumił Pilecki pracujący obecnie w Stanach Zjednoczonych lub Chile.

Pracę opisującą szczegółowo odkrycie można znaleźć pod adresami:

http://iopscience.iop.org/0004-637X/722/2/1624/pdf/apj_722_2_1624.pdf

http://arxiv.org/abs/1006.4162

Kontakt:
dr Szymon Kozłowski
Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego
Al. Ujazdowskie 4
00-478 Warszawa
tel. 22-55-30-507 w. 117
e-mail: simkoz@astrouw.edu.pl