Yıldızlar yaşam döngüsünün sonuna geldiğinde, birçoğu süpernova olarak bilinen patlayıcı bir süreçte dış katmanlarını üfleyecektir. Gökbilimciler bu fenomen hakkında çok şey öğrenmiş olsa da, onları çoklu dalga boylarında inceleyebilen sofistike enstrümanlar sayesinde, süpernovalar ve kalıntıları hakkında hala bilmediğimiz çok şey var.
Örneğin, bir süpernovadan ortaya çıkan şok dalgalarına güç veren mekanizmalar hakkında hala çözülmemiş sorular var. Bununla birlikte, uluslararası bir araştırmacılar ekibi yakınlarda bir süpernova (SN1987A) Chandra X-Ray Gözlemevi ve elde edilen şok dalgasındaki atomların sıcaklığını ölçmek için yeni simülasyonlar tarafından elde edilen verileri kullandı.
“SN 1987A'da ağır iyonların çarpışmasız şok ısıtması” başlıklı çalışma geçtiğimiz günlerde bilimsel dergide yayınlandı Doğa. Ekip, İtalya'nın Palermo Üniversitesi'nden Marco Miceli ve Salvatore Orlando tarafından yönetildi ve Ulusal Astrofizik Enstitüsü (INAF), Mekanik ve Matematik Uygulamalı Sorunlar Enstitüsü ve Pennsylvania Eyaleti ve Kuzeybatı Üniversitesi üyelerinden oluşuyordu. .
Çalışmaları uğruna ekip, süpernova'nın şok dalgasındaki atomların sıcaklığını ölçmek için SN 1987A'nın Chandra gözlemlerini simülasyonlarla birleştirdi. Bunu yaparken ekip, atomların sıcaklığının atomik ağırlıklarıyla ilişkili olduğunu doğruladı, bu da şok dalgaları ve onları besleyen mekanizmalar hakkında uzun süredir devam eden bir soruyu cevaplıyor.
Penn State'de astronomi ve astrofizik profesörü ve çalışmadaki ortak yazar David Burrows'un bir Penn State basın açıklamasında söylediği gibi:
“Süpernova patlamaları ve kalıntıları, Dünya'da çoğaltılamayan aşırı koşullarda fiziği keşfetmemizi sağlayan kozmik laboratuvarlar sağlıyor. Hem yer tabanlı hem de uzay tabanlı modern astronomik teleskoplar ve enstrümantasyon, galaksimizdeki ve yakın galaksilerdeki süpernova kalıntılarının ayrıntılı çalışmalarını yapmamıza izin verdi. NASA’nın dünyanın en iyi X-ışını teleskopu olan Chandra X-ışını Gözlemevi'ni kullanarak, 1999'da piyasaya sürüldükten kısa bir süre sonra süpernova kalıntısı SN1987A'nın düzenli gözlemlerini gerçekleştirdik ve şok dalgaları hakkında uzun süredir devam eden soruları cevaplamak için simülasyonlar kullandık. ”
Daha büyük yıldızlar yerçekimi çökmesine maruz kaldığında, ortaya çıkan patlama malzemeyi ışık hızının onda birine kadar hızla dışarı doğru iter ve şok dalgalarını çevredeki yıldızlararası gazın içine iter. Şok dalgasının yıldızı çevreleyen yavaş hareket eden gazla buluştuğu yerde “şok cephesi” vardır. Bu geçiş bölgesi, soğuk gazı milyonlarca dereceye kadar ısıtır ve gözlemlenebilen X-ışınlarının emisyonuna yol açar.
Bir süredir gökbilimciler, bir süpernova şok dalgasının bu bölgesi ile ilgileniyorlar, çünkü ölmekte olan bir yıldızın patlayıcı gücü ile çevredeki gaz arasındaki geçişi işaret ediyor. Burrows'un beğendiği gibi:
“Geçiş, yüksek hızlı bir su akışı lavabonun havzasına çarptığında, aniden yüksekliğe sıçrayana ve çalkantılı hale gelene kadar sorunsuz bir şekilde dışarı aktığında, bir mutfak lavabosunda gözlemlenene benzer. Şok cepheleri, son derece dar bir bölgede meydana geldikleri Dünya atmosferinde kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Ancak uzayda şok geçişleri kademeli ve tüm elementlerin atomlarını aynı şekilde etkilemeyebilir. ”
Bir süpernova'nın şok cephesinin arkasındaki farklı elementlerin sıcaklıklarını inceleyerek, gökbilimciler şok sürecinin fiziği hakkındaki anlayışımızı geliştirmeyi umuyorlar. Elementlerin sıcaklıklarının atom ağırlıklarıyla orantılı olması beklenirken, doğru ölçümlerin elde edilmesi zordur. Daha önceki çalışmalar sadece çelişkili sonuçlara yol açmakla kalmamış, aynı zamanda ağır unsurları analizlerine dahil edememişlerdir.
Bunu ele almak için ekip, Büyük Macellan Bulutu'nda bulunan ve ilk olarak 1987'de ortaya çıkan Supernova SN1987A'yı inceledi. Kepler'in Supernova'sından (1604) beri çıplak gözle görülebilen ilk süpernova olmanın yanı sıra ilk önce modern teleskoplarla ışığın tüm dalga boylarında (radyo dalgalarından X-ışınlarına ve gama dalgalarına) incelenmelidir.
Önceki SN 1987A modelleri tipik olarak tek gözlemlere dayanırken, araştırma ekibi süpernova evrimini göstermek için üç boyutlu sayısal simülasyonlar kullandı. Daha sonra bunları, beklentilerini doğrulayan atomik sıcaklıkları doğru bir şekilde ölçmek için Chandra tarafından sağlanan X-ışını gözlemleriyle karşılaştırdılar.
Burrows, “Şimdi elementlerin sıcaklıklarını silikon ve demir kadar ağır bir şekilde ölçebiliriz ve gerçekten de her bir elementin sıcaklığının o elementin atom ağırlığı ile orantılı olduğu ilişkisini takip ettiklerini gösterdik” dedi. “Bu sonuç astrofizik şok dalgalarının anlaşılmasında önemli bir konuyu çözüyor ve şok süreci hakkındaki anlayışımızı geliştiriyor.”
Bu son çalışma, gökbilimciler için önemli bir adımı temsil ediyor ve onları bir süpernova mekaniğinin anlaşılmasına yaklaştırıyor. Sırlarını açarak, kozmik evrim için temel olan bir süreç hakkında daha fazla bilgi edinmeye devam ediyoruz, bu da yıldızların ölümünün çevreleyen Evreni nasıl etkilediğini gösteriyor.
