Szegedi asztrofizikus is közreműködött a Tejútrendszer központi régiójában régóta ismert, de eddig feltáratlan múltú szupernóva-maradvány alakjának hidrodinamikai elemzésében.

A Tejútrendszer centrumának rádiótartományban végzett vizsgálatai alapján tudjuk, hogy Galaxisunk központi régiójában számos csillagrobbanás történt az utóbbi százezer évben. A szupernóva-maradványok (supernova remnants, SNR) buborékjainak lökéshullámai nehezebb elemekkel szennyezik be környezetüket, új csillaggenerációk keletkezését indítják be, sőt még az Sgr A* néven ismert, a Galaxis magjában lévő szupernagy tömegű fekete lyuk fejlődéséhez is hozzájárulhatnak. A tőlünk mért jelentős, több mint 25000 fényévnyi távolságuk miatt azonban nagyon kevés tulajdonságát ismerjük ezen óriás gázbuborékoknak. Még a galaxis centrumának legtöbbet vizsgált szupernóva-maradványa, az Sgr A East (Sgr A Kelet) esetében sem ismerjük a robbanás eredetét, időpontját vagy akár csupán azt, hogy a gázfelhő a központi fekete lyuk előtt vagy mögött helyezkedik-e el…

Egy új kutatás, amelynek szerzői között az SZTE Fizikai Intézet csillagásza, Barna Barnabás is szerepel, ezekre a kérdésekre adott pontosabb válaszokat.

A Sgr A East szupernóva-maradvány rádiótartományban (6 cm hullámhosszon) felvett képe (Zhao és mtsai, 2016). A vékony zöld ellipszisvonal jelzi a maradvány feltételezett határát, a magentaszínű plusz jel pedig a centrális fekete lyuk (Sgr A*) helyét. A fényes, a központi fekete lyukat körbevevő Sgr A West HII-régió tőlünk nézve a szupernóva-maradvány előterében látszik. A kompakt HII-régiókból álló G-0.02-0.07 komplexum (a bal oldalon) egy, 50 km/s sebességgel mozgó, feltehetően a Sgr A East SN-maradvánnyal kölcsönható molekulafelhőbe ágyazódik.

A kutatók az Sgr A East-tel kapcsolatban biztosan ismert kevés információból indultak ki: ez pedig mindösszesen a maradvány alakja és mérete. Ha azonban ehhez hozzátesszük, hogy a szupernóva-robbanások az elméletek szerint alapvetően gömbszimmetrikus folyamatok, akkor értelemszerűen adódik, hogy a maradvány alakjából következtethetünk a környezeti hatásokra. Csillagszél a központi régióból, intersztelláris anyag rétegződése, sűrű molekulafelhők – csak néhány példa azon hatások közül, amelyek befolyással lehettek az SNR méretének és alakjának alakulására. A kutatók a Galaktikus centrumot célzó korábbi vizsgálatok alapján egyfajta “akadálypályát” építettek a modellek számára, amelyben a környezeti hatások együttesen vagy külön-külön is vizsgálhatóak. A szimulációkhoz egy hidrodinamikai számításokra tervezett kódot alkalmaztak, amellyel változatos környezetben modellezhetőek a gyorsan táguló gázbuborékok, így az SNR-ek is.

Az akadálypálya tesztelését követően már csak azt kellett kitalálni, hogy honnan és mikor indulhatott ki a robbanás. Ehhez a kutatócsoport több ezer szimulációt futtatott, következetesen végigpróbálva minden szóba jöhető paraméterkombinációt, végül azt hozva ki győztesnek, amelynek végeredménye leginkább reprodukálta az Sgr A East alakját.

Egy sűrű molekulafelhő közelében táguló szupernóva-robbanás hidrodinamikai modellje (alul a közeli molekulafelhő sűrűségkontúrjai, háttérben az Sgr A*-ra centrált csillagszél, középen a keretben a modellezett szupernóva-robbanás). Forrás: Ehlerová et al. 2022.

A szupernóva-maradvány illesztéséből kapott legvalószínűbb forgatókönyv szerint a robbanás tízezer évvel ezelőtt történhetett – a Naprendszer irányából nézve – mintegy 12 fényévnyire a szupernagy tömegű fekete lyuk mögött. A maradvány kora alapján egy nagy tömegű csillag robbanhatott fel (ún. kollapszár szupernóva), de nem zárható ki egy különleges, viszonylag kisebb energiájú (ún. Iax) termonukleáris szupernóva sem.

A tanulmány nemcsak a múltról, hanem a távoli jövőről is érdekes állítást fogalmaz meg: a szupernóva-maradvány mozgása és tágulása ugyanis nem állt meg, és továbbra is “összesöpri” az útjába kerülő intersztelláris gázt. Hosszú távon azonban csak egy irányba vezethet a maradvány útja: az Sgr A* mélyére. A modellek szerint 70 000 év múlva kb. 1000 naptömegnyi anyagot szállít az óriási fekete lyuk közvetlen közelébe, tovább hizlalva ezzel a már így is 3,6 millió naptömegű monstrumot.

A neves Astronomy & Astrophysics szaklapban elfogadott publikáció preprint verziója ezen a linken érhető el.