Când stelele ajung la sfârșitul ciclului lor de viață, multe își vor sufla straturile exterioare într-un proces exploziv cunoscut sub numele de supernova. Deși astronomii au aflat multe despre aceste fenomene, datorită instrumentelor sofisticate care sunt capabile să le studieze în mai multe lungimi de undă, există încă multe lucruri pe care nu le știm despre supernove și despre rămășițele lor.
De exemplu, există încă întrebări nerezolvate despre mecanismele care alimentează undele de șoc rezultate dintr-o supernovă. Cu toate acestea, o echipă internațională de cercetători a folosit recent date obținute de Observatorul Chandra X-Ray al unei supernovee din apropiere (SN1987A) și noi simulări pentru a măsura temperatura atomilor în valul de șoc rezultat.
Studiul, intitulat „Încălzirea prin șocuri fără coliziune a ionilor grei în SN 1987A”, a apărut recent în revista științifică Natură. Echipa a fost condusă de Marco Miceli și Salvatore Orlando de la Universitatea din Palermo, Italia și a fost alcătuită din membri ai Institutului Național de Astrofizică (INAF), Institutului pentru Probleme Aplicate în Mecanică și Matematică și al Statului Pennsylvania și al Universității de Nord-Vest .
De dragul studiului lor, echipa a combinat observațiile Chandra despre SN 1987A cu simulări pentru a măsura temperatura atomilor în valul de șoc al supernovei. În acest sens, echipa a confirmat că temperatura atomilor este legată de greutatea lor atomică, rezultat care răspunde la o întrebare de lungă durată despre undele de șoc și mecanismele care îi alimentează.
După cum a spus David Burrows, profesor de astronomie și astrofizică la Penn State și coautor la studiu, într-un comunicat de presă Penn State:
„Exploziile Supernova și rămășițele lor oferă laboratoare cosmice care ne permit să explorăm fizica în condiții extreme care nu pot fi duplicate pe Pământ. Telescoape și instrumente astronomice moderne, atât la sol, cât și bazate pe spațiu, ne-au permis să efectuăm studii detaliate despre resturile de supernove din galaxia noastră și galaxiile din apropiere. Am efectuat observații periodice ale rămășiței de supernova SN1987A folosind Observatorul de raze X Chandra al NASA, cel mai bun telescop cu raze X din lume, de la puțin timp după lansarea lui Chandra în 1999 și am folosit simulări pentru a răspunde la întrebări de lungă durată despre undele de șoc. "
Atunci când stelele mai mari suferă colaps gravitațional, explozia rezultată propulsează materialul spre exterior cu viteze de până la o zecime din viteza luminii, împingând undele de șoc în gazul interstelar din jur. În cazul în care valul de șoc întâlnește gazul cu mișcare lentă care înconjoară steaua, aveți „fața de șoc”. Această zonă de tranziție încălzește gazul rece la milioane de grade și duce la emisia de raze X care pot fi observate.
De ceva timp, astronomii s-au interesat în această regiune de unda de șoc a supernovei, deoarece aceasta marchează tranziția dintre forța explozivă a unei stele care moare și gazul din jur. Pe măsură ce Burrows o asemăna:
„Tranziția este similară cu cea observată într-o chiuvetă de bucătărie atunci când un flux de apă de mare viteză lovește bazinul chiuvetei, curge lin spre exterior până când sare brusc în înălțime și devine turbulent. Fronturile de șoc au fost studiate pe scară largă în atmosfera Pământului, unde se întâlnesc într-o regiune extrem de restrânsă. Dar în spațiu, tranzițiile de șoc sunt treptate și pot să nu afecteze atomii tuturor elementelor în același mod. ”
Examinând temperaturile diferitelor elemente din spatele șocului unei supernove, astronomii speră să ne îmbunătățească înțelegerea fizicii procesului de șoc. Deși se estimează că temperaturile elementelor vor fi proporționale cu greutatea lor atomică, obținerea unor măsurători precise a fost dificilă. Nu numai că studiile anterioare au dus la rezultate conflictuale, dar nu au inclus și elementele grele în analizele lor.
Pentru a aborda acest lucru, echipa s-a uitat la Supernova SN1987A, care se află în Marele Magellanic Cloud și a apărut pentru prima dată în 1987. Pe lângă faptul că este prima supernova care a fost vizibilă cu ochiul liber de la Supernova lui Kepler (1604), a fost mai întâi să fie studiat pe toate lungimile de undă ale luminii (de la undele radio la razele X și undele gamma) cu telescoape moderne.
În timp ce modelele anterioare ale SN 1987A s-au bazat în mod obișnuit pe observații unice, echipa de cercetare a folosit simulări numerice tridimensionale pentru a arăta evoluția supernovei. Au comparat apoi aceste observații cu raze X furnizate de Chandra pentru a măsura cu exactitate temperaturile atomice, ceea ce le-a confirmat așteptările.
„Acum putem măsura cu exactitate temperaturile elementelor la fel de grele precum siliconul și fierul și am arătat că într-adevăr urmează relația că temperatura fiecărui element este proporțională cu greutatea atomică a acelui element”, a spus Burrows. „Acest rezultat rezolvă o problemă importantă în înțelegerea undelor de șoc astrofizice și îmbunătățește înțelegerea procesului nostru de șoc.”
Acest ultim studiu reprezintă un pas semnificativ pentru astronomi, aducându-i mai aproape de o înțelegere a mecanicii unei supernove. Deschizând secretele lor, stăm să aflăm mai multe despre un proces care este fundamental pentru evoluția cosmică, care este modul în care moartea stelelor afectează Universul înconjurător.
