Szemtanút talált a Hubble-űrtávcső egy csillag robbanásszerű halálának helyszínén: egy másik csillagot, amely korábban megbújt a szupernóva fényében. A felfedezés egyedülálló egy bizonyos típusú szupernóva esetében: a lecsupaszított változatnál, amikor a csillagról a teljes külső gázburka leszakad, mielőtt felrobbanna.

Az új adatok betekintést engednek a nagy tömegű kettőscsillagok világába, amelyek bizonyos feltételek mellett egyesülhetnek is. Az összeolvadás nyomai gravitációs hullámokként utaznak át az Univerzumon, magában a téridő szövetében fodrozódva.

A 2013ge jelű szupernóva művészi illusztrációja. A szupernóva társcsillaga a kép jobb alsó sarkában látható. A társcsillagot elérik a szupernóva-robbanás lökéshullámai, de nem semmisítik meg. (Forrás: NASA, ESA, Leah Hustak (STScl))

A csillagászok számos elem jelenlétét képesek kimutatni a szupernóva-robbanásokban. Ezek az elemek úgy helyezkednek el a csillagon, akár egy hagyma rétegei. A hidrogén a csillagok legkülső rétegében található. Ha a szupernóva-robbanás után nem találunk hidrogént, az azt jelenti, hogy az a réteg még a robbanás előtt levált a csillagról.

A hidrogén leválása régóta rejtély. A lecsupaszított szupernóvákra a kutatók a Hubble-űrtávcsővel igyekeznek magyarázatot találni. Az új Hubble-észlelések most azt az elméletet támasztják alá, miszerint egy rejtőzködő kísérőcsillag szippantja le társának gázburkát, mielőtt az felrobbanna.

„Ez volt az a pillanat, amire vártunk. Végre bizonyítékot látunk arra, hogy egy teljesen lecsupaszított szupernóva elődje egy kettős rendszer.” – mondta Ori Fox (Space Telescope Science Institute), az eredményeket ismertető szakcikk vezető szerzője. „Most az a cél, hogy a kutatási területet az elméleti síkról áthelyezzük az adatokkal történtő munkavégzésre, és kiderítsük, hogyan néznek ki ezek a rendszerek.”

A kutatók a Hubble-űrteleszkóp Wide Field Camera 3 kamerájával ultraibolya tartományban vizsgálták az SN 2013ge jelzésű szupernóva környezetét, és megnézték a Hubble archív adatait is. A csillagászok látták, hogy a szupernóva 2016 és 2020 között halványult, de egy közeli ultraibolya-forrás fénye ugyanazon a helyen nem változott. Ez a rejtélyes ultraibolya-forrás az, ami a kutatók szerint az SN 2013ge túlélő kísérője lehet.

Korábban a csillagászok úgy gondolták, hogy egy nagy tömegű csillag erős csillagszele elfújhatja a hidrogénburkot, de a megfigyelések ezt nem támasztják alá. A kutatók több modellt és elméletet dolgoztak ki arra az esetre, ha egy társcsillag a felelős a hidrogén leválásáért.

„Az elmúlt években több különböző bizonyíték látott napvilágot arról, hogy a lecsupaszított szupernóvák kettőscsillagok tagjai lehetnek, de mostanáig nem láttuk a társcsillagot. A kozmikus robbanások tanulmányozása nagyon hasonló a kriminalisztikához – nyomok után kutatunk, és megnézzük, mi egyezik az elméletekkel. A Hubble-nek köszönhetően most közvetlenül láthatjuk is az elkövetőt.” – mondta Maria Drout (University of Toronto), a tanulmány társszerzője.

Az SN 2013ge korábbi megfigyelései során a Hubble két csúcsot észlelt a szupernóva ultraibolya sugárzásában, ahelyett az egy helyett, amit a legtöbb szupernóva esetében látunk. Fox szerint a dupla felfényesedésre az lehet az egyik magyarázat, hogy a második csúcsnál a szupernóva-robbanás lökéshulláma elért egy társcsillagot. Ez a lehetőség most még valószínűbbnek látszik. A Hubble legújabb megfigyelései azt mutatják, hogy a lökéshullám elérte ugyan a társcsillagot, de nem semmisítette meg. Fox szerint ez olyan, mint egy tál meglökött kocsonya, amely végül visszaáll az eredeti formájába.

Bár további megerősítésre és több megfigyelésre van szükség, Fox szerint ez a felfedezés így is jelentős, és alátámasztja azokat az elméleteket, amelyek szerint a nagy tömegű csillagok többsége kettős rendszerben jön létre.

Infografika az SN 2013ge jelzésű szupernóva fejlődéséről. Az 1–3. ábra azokat a fázisokat mutatja, amelyek már megtörténtek, a 4–6. ábra pedig azokat, amelyek a jövőben mennek majd végbe. 1. Két nagy tömegű csillag kettőse kering egymás körül. 2. Az egyik csillag eléri a vörös óriás állapotot, és növeszt egy puffadt külső hidrogénburkot, amelyet a társcsillaga leszív róla. A csillagászok szerint ez az oka annak, hogy a Hubble-űrtávcső nem találta hidrogén nyomát a szupernóva maradványában. 3. A lecsupaszított csillag szupernóvává válik. A robbanás lökéshulláma eléri, de nem semmisíti meg a társcsillagot. A szupernóva-robbanás után az egykori nagy tömegű csillag sűrű magja neutroncsillagként vagy fekete lyukként marad hátra. 4. Végül a társcsillag is vörös óriássá öregszik, megtartva külső burkát, amelynek egy részét a társától vette el. 5. A kísérőcsillag szintén szupernóvává válik. 6. Ha a csillagok elég közel vannak egymáshoz ahhoz, hogy a szupernóva-robbanás lökéshulláma ne sodorja el őket a pályájukról, a visszamaradó magok továbbra is egymás körül keringenek, végül egyesülnek, és a folyamat során gravitációs hullámokat gerjesztenek. (Forrás: NASA, ESA, Leah Hustak (STScI))

Azokkal a szupernóvákkal ellentétben, amelyek világító, kiterjedt gázréteggel rendelkeznek, a lecsupaszított szupernóvák elődjeit nem könnyű azonosítani a felvételeken. Most, hogy a túlélő társcsillagot képesek megtalálni, a kutatók felhasználhatják azt a felrobbant csillag jellemzőinek azonosítására, valamint esetleg arra is, hogy a túlélő jövőjét megfigyelhessék.

Az SN 2013ge társcsillaga maga is nagy tömegű csillag, így az a sorsa, hogy szupernóvává váljon ő is. A korábban szupernóvává vált társa most már valószínűleg egy kompakt objektum, neutroncsillag vagy fekete lyuk, és ez vár végül a társcsillagra is.

Az eredeti kettőscsillag tagjainak távolsága határozza meg azt, hogy együtt maradnak-e. Ha a távolság köztük túl nagy, a kísérőcsillag kirepül a rendszerből, és egyedül vándorol át galaxisunkon. Ez megmagyarázhatja a sok magányosnak tűnő szupernóva létezését. Ha azonban a csillagok közel vannak egymáshoz, a robbanások után is egymás körül keringenek, mint fekete lyukak vagy neutroncsillagok. Ebben az esetben végül spirálvonalban közelíteni kezdenek egymáshoz, és összeolvadnak, miközben gravitációs hullámokat keltenek.

Ez azért izgalmas lehetőség a csillagászok számára, mert a gravitációs hullámok az asztrofizika kevéssé feltárt ágához tartoznak. Ezeket a hullámokat, amelyek a téridő szövetében terjednek, már Albert Einstein megjósolta a 20. század elején. A gravitációs hullámokat első alkalommal a LIGO obszervatórium figyelte meg közvetlenül.

„Az SN 2013ge túlélő társában egy gravitációs hullám-esemény előzményét láthatjuk, bár az eseményre még körülbelül egymilliárd évig kell várnunk.” – mondta Fox, aki munkatársaival tovább dolgozik a Hubble adatain, hogy még több szupernóvává váló társcsillagot fedezzen fel.

A Hubble-űrtávcső felvételei az NGC 3287 jelű galaxisról, amelyeken látszik, hogy a 2013ge jelű szupernóva idővel halványodik, de van egy stabil ultraibolya-forrás a közelében, amit a kutatók a társcsillagának tartanak. (Forrás: NASA, ESA, and Ori Fox (STScI); Image Processing: Joseph DePasquale (STScI))

„Arra is lehetőséget látunk, hogy magát a szupernóvát megértsük. Mivel ma már tudjuk, hogy a Világegyetemben a legtöbb nagy tömegű csillag kettős rendszerek tagja, a túlélő társcsillagok megfigyelése kell ahhoz, hogy megértsük a kettőscsillagok kialakulását, az anyagátadást és a közös fejlődést. Izgalmas időszaka ez a csillagok tanulmányozásának.” – mondta Fox. „Azért különösen fontos számunkra a nagy tömegű csillagok életciklusának megismerése, mert minden nehéz elem ezek magjában és a szupernóva-robbanások során jön létre. Ezek az elemek alkotják a megfigyelhető Univerzum egy részét, beleértve az általunk ismert életet is.” – mondta a tanulmány társszerzője, Alex Filippenko (University of California at Berkeley).

Az eredményeket közlő tanulmányt a The Astrophysical Journal Letters című lap tette közzé.

Forrás: NASA