Fermi zachytil stopy po mimoriadne jasnej supernove, ktorú mohol poháňať magnetar

Gamma žiarenie z NASA’s Fermi Gamma-ray Space Telescope naznačilo, že jedna z najjasnejších známych supernov mohla mať v jadre mimoriadne silný zdroj energie. Medzinárodný tím tvrdí, že pri supernove SN 2017egm vidí dôkazy pre scenár, v ktorom výbuch poháňal novovzniknutý magnetar — supermagnetizovaná neutrónová hviezda vzniknutá pri kolapse masívnej hviezdy.

Snímka zobrazuje: NASA’s Fermi Glimpses Power Source of Supercharged Supernovae.

Zdroj: https://science.nasa.gov/missions/fermi/nasas-fermi-glimpses-power-source-of-supercharged-supernovae/

Pre astronómov je to dôležité najmä preto, že podobné superluminózne supernovy patria medzi najvýraznejšie, no zároveň stále nie úplne vysvetlené výbuchy vo vesmíre. Podľa autorov štúdie publikovanej v časopise Astronomy & Astrophysics ide o prvý presvedčivý prípad, keď sa v dátach z Fermi podarilo nájsť gamma žiarenie spojené s takouto udalosťou.

Čo Fermi videl pri supernove SN 2017egm

Tím prešiel dáta z prvých 16 rokov misie Fermi a hľadal gamma žiarenie zo šiestich najbližších superluminóznych supernov.

Snímka zobrazuje: Composite showing optical and gamma-ray observations of SN 2017egm.

Zdroj: https://science.nasa.gov/missions/fermi/nasas-fermi-glimpses-power-source-of-supercharged-supernovae/

Z nich sa ako jediná ukázala SN 2017egm, ktorá vybuchla v galaxii NGC 3191 vo vzdialenosti asi 440 miliónov svetelných rokov v súhvezdí Veľkej medvedice.

Supernova bola objavená misiou Gaia Európskej vesmírnej agentúry 23. mája 2017. Aj napriek veľkej vzdialenosti zostáva jednou z najbližších superluminóznych supernov, aké sme doteraz pozorovali. To z nej robí cenný cieľ na porovnávanie pozorovaní v optickom svetle a v gamma žiarení.

Podľa vedúceho štúdie Fabia Acera z CNRS a University of Paris-Saclay astronómovia hľadali v dátach Fermi signály z tisícok supernov celé desaťročia. Niekoľko náznakov sa objavilo už skôr, no až teraz sa podľa nich podarilo získať presvedčivejší výsledok.

Prečo je táto supernova taká nezvyčajná

Klasická jadrová supernova vzniká vtedy, keď hviezda oveľa hmotnejšia než Slnko minie palivo, jej jadro sa zrúti pod vlastnou váhou a následne dôjde k výbuchu.

Snímka zobrazuje: NGC 3191 before and after SN 2017egm.

Zdroj: https://science.nasa.gov/missions/fermi/nasas-fermi-glimpses-power-source-of-supercharged-supernovae/

Zvyšok hviezdy sa rozletí do priestoru ako horúci, hustý oblak ionizovaného plynu.

Pri superluminóznych supernovách je však výsledok oveľa jasnejší než zvyčajne. Za posledné dve desaťročia ich astronómovia identifikovali takmer 400 a každá z nich vyžarovala aspoň desaťnásobne viac viditeľného svetla než bežná supernova.

Práve preto sú tieto objekty zaujímavé: naznačujú, že za výbuchom môže stáť dodatočný zdroj energie, ktorý klasický model nevysvetľuje dostatočne dobre. V prípade SN 2017egm sa pozornosť sústredila na magnetar.

Prečo vedci uvažujú o magnetare

Magnetar je typ neutrónovej hviezdy s najsilnejšími známymi magnetickými poľami.

Snímka zobrazuje: X-ray image of first known magnetar wind nebula.

Zdroj: https://science.nasa.gov/missions/fermi/nasas-fermi-glimpses-power-source-of-supercharged-supernovae/

V porovnaní s bežnými neutrónovými hviezdami môžu byť až tisíckrát silnejšie a v porovnaní s chladničkovým magnetom ide o rozdiel približne 10 biliónov násobný.

Model, ktorý tím použil, sleduje, ako sa svetlo a častice z novonarodeného magnetaru šíria do okolitého materiálu po výbuchu. Predpokladá sa, že takýto objekt sa môže otáčať niekoľko stoviek ráz za sekundu. Z jeho okolia potom prúdia elektróny a pozitróny, ktoré vytvárajú rozsiahly oblak vysokoenergetických častíc.

V tomto prostredí vzniká a zároveň sa pohlcuje gamma žiarenie. Časť energie sa pri interakciách s troskami po výbuchu premieňa na nižšie energetické žiarenie, ktoré potom pozorujeme ako mimoriadnu svietivosť supernovy.

Prečo na tom záleží pre astronómiu

Podľa Guillemma Martí-Devesu, ktorý sa na štúdii podieľal, SN 2017egm ukazuje, že niektoré supernovy môžu byť v gamma žiarení rovnako výrazné ako vo viditeľnom svetle. To otvára nový spôsob, ako skúmať vnútorné procesy pri týchto explóziách.

Pre vedcov je to dôležité aj preto, že gamma žiarenie nesie informáciu o najenergetickejších procesoch vo výbuchu. V bežnom optickom svetle totiž vidíme najmä to, čo sa deje v rozšírených troskách po explózii, nie priamo samotný „motor“ udalosti.

Judy Racusin z NASA’s Goddard Space Flight Center pripomenula, že model magnetarového jadra stojí na dvoch desaťročiach pozorovaní a teórie o magnetaroch. Podľa nej môže pozorovanie gamma žiarenia zo supernov priniesť nový pohľad na ich vnútorné fungovanie.

Čo zostáva neisté a čo môže prísť ďalej

Aj keď magnetarový model najlepšie vysvetľuje svietivosť aj načasovanie príchodu gamma žiarenia v prvých mesiacoch po výbuchu, autori priznávajú, že neskorší vývoj nie je úplne uzavretý. Viditeľné svetlo totiž slablo nepravidelne a model tam podľa nich potrebuje ďalšie vylepšenia.

Ako možné doplnkové procesy uvádzajú napríklad pád časti trosiek späť na magnetar alebo interakciu rázovej vlny s materiálom, ktorý hviezda odhodila ešte dávno pred svojím zánikom. Ide o bežný typ neistoty pri štúdiu supernov: jeden mechanizmus môže vysvetliť hlavnú časť pozorovaní, no nie celý priebeh udalosti.

Tím sa pozrel aj na to, čo by podobné udalosti mohlo zachytiť v budúcnosti nové pozemské gamma observatórium Cerenkov Telescope Array Observatory. Podľa ich odhadu by pri asi 50 hodinách pozorovania dokázalo zachytiť podobnú supernovu až do vzdialenosti približne 500 miliónov svetelných rokov.

V širšom zmysle ide o ukážku toho, ako sa môžu dopĺňať vesmírne a pozemské observatóriá. NASA’s Fermi sleduje zmeny v gama oblohe, zatiaľ čo ďalšie prístroje pomáhajú overovať, čo sa v týchto krátkych a prudkých udalostiach skutočne deje. Práve takýto spoločný prístup môže v budúcnosti ukázať, ako presne vznikajú superluminózne supernovy a akú úlohu v nich zohrávajú magnetary.

Zdroj: NASA Breaking News

Pôvodný článok: https://science.nasa.gov/missions/fermi/nasas-fermi-glimpses-power-source-of-supercharged-supernovae/