Polacy odkryli unikalną olbrzymią wybuchającą gwiazdę

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 - dodaje.

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 - dziesięciometrowego 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, a więc dostatecznie 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, absolwent astronomii na Uniwersytecie Warszawskim, a obecnie pracownik Uniwersytetu Stanowego w Ohio, 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 przez astronomów mianem "metali".

Dr Kozłowski przewiduje, że więcej takich supernowych może zostać znalezionych przez satelitę o nazwie Wide-field Infrared Explorer (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 naszej planety. 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 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 gdy 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 projektu przebywał na stażu podoktorskim w Uniwersytecie Stanowym Ohio. 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.