Shockwaves rozsvítí hvězdné exploze

Termonukleární energie zapíná typ hvězdné exploze známé jako klasická nova. Nyní nový výzkum vysvětluje mechanismy, které způsobují, že se tyto výbuchy rozsvítí.

Novae pochází z binárních systémů, kde bílý trpaslík sbírá plyn od společníka podobného slunci. Vědci zjistili, že rázové vlny uvnitř rozpínajících se skořápek exploze mohou být zdrojem většiny nova světla, stejně jako silné emise gama paprsků, které jsou zde zobrazeny purpurově.
Goddard Space Flight Center / S NASA. Wiessinger

Od starověku pozorovatelé noční oblohy občas spatřili v nebeské obloze novou hvězdu, jen aby ji v průběhu týdnů nebo měsíců mizeli. Taková událost je známá jako nova (latinka pro „new“).

Když bílý trpaslík v binárním systému čerpá příliš mnoho vodíkového plynu ze své doprovodné hvězdy, skončí tím, že se dusí na svém jídle: Obálka ukradeného plynu se stane dostatečně hustá, aby se atomy vodíku začaly roztavit, což by způsobilo explodující termonukleární explozi. Tato detonace produkuje zářící výbuch světla - nova.

Některé z těchto objektů jsou však tak vzdálené, že jaderná energie nemusí stačit k tomu, aby vysvětlila, jak jasné jsou ze Země. Nějaký jiný mechanismus musí přidávat další svíčky do dortu.

V některých případech se tyto novy stanou jasnějšími, než by mělo být možné pro fúzní bombu planety. Tyto záhadné události se nazývají superluminózní novae (nezaměňovat se supernovy). Astronomové je zatím nedokázali vysvětlit: Nedávná studie zveřejněná v září Nature Astronomy tvrdí, že v jedné superluminózní nove termonukleární zdroj energie způsobuje kolize mezi vlnami unikajícího plynu a nutí je, aby náhle uvolnili energii .

Kwan-Lok ​​Li (Michiganská státní univerzita) a jeho kolegové používali kosmický dalekohled Fermi Gamma-ray k pozorování silných emisí gama paprsků z nova s ​​názvem ASASSN-16ma, když se současně ve viditelném světle rozjasnila. Jediné věrohodné vysvětlení vysokoenergetického záření je, že skořápky hmoty cestující různými rychlostmi se narážejí do sebe. Přitom také emitují viditelné světlo.

Podle vědců, jak nova zhasne, vnější obal plynu kolem bílého trpaslíka nafoukne a stává se rozšířenou atmosférou. Poté, co hvězdný vítr bílého trpaslíka odstrkuje z povrchu druhou vlnu materiálu, tato vrstva se rozbije proti dříve vypuzenému plynu. Kolize šokuje materiál a nutí jej k urychlení a zahřátí. Tento šok uvolňuje další energii, kterou astronomové vidí jako gama paprsky a další viditelné světlo.

Vědci použili Fermi k detekci gama paprsků přicházejících od novae několikrát od roku 2010, ale tyto události nebyly dostatečně jasné, aby si astronomové uvědomili, že noveovy vizuální světlo sledovalo emise gama paprsků.

Co dělá toto pozorování jedinečným je to, že ASASSN-16ma jasně svítí jak na viditelných, tak i na vlnových délkách gama, takže aktivita může být lépe monitorována.

Spoluautor studie Brian Metzger (Columbia University) předpověděl, že novaova aktivita gama paprsků by mohla paralelizovat to, co se děje ve viditelném světle. V roce 2014 navrhl, aby většina emisí nova viditelného světla mohla vzniknout spíše v šokech než v jaderném spalování.

Nové výsledky tuto myšlenku potvrzují. „Skutečnost, že vidíme vizuální a gama záření, které se navzájem sledují v čase, silně naznačuje, že oba pocházejí ze stejného zdroje, “ říká Metzger. "Protože víme, že paprsky gama musí pocházet z rázových vln, které vznikají při kolizi různých skořápek, naznačuje to, že musí také vycházet vizuální emise."

Tento graf zobrazuje gama paprsky (černé kříže) a viditelné světlo (modré kruhy) ASASSN-16ma. Emise v obou vlnových délkách se vzájemně sledují v čase a ukazují na společný zdroj.
Kwan-Lok ​​Li

Tato zjištění nejen vysvětlují tajemství superluminózních novotvarů, ale také nabízejí testovací laboratoř k pochopení jiných mocných astrofyzikálních výbuchů poháněných podobnými rázovými vlnami, jako jsou superluminózní supernovy, ke kterým dochází, když masivní nebo exotické hvězdy dosáhnou konce svého života. „Tito superluminózní supernovy jsou velmi daleko a je obtížné je podrobně pozorovat a porozumět jim, “ říká spoluautorka Laura Chomiuk (Michiganská státní univerzita). "Na druhou stranu novae exploduje 50krát ročně na našem galaktickém dvorku."

Amatérští astronomové přinášejí klíčový kousek skládačky

Li a jeho kolegové se spoléhali na americkou asociaci pozorovatelů proměnných hvězd (AAVSO), aby provedli pozorování viditelného světla použitá v této studii.

Tato nezisková asociace pomáhá amatérským astronomům najít a sledovat variabilní cíle, které profesionální astronomové nemají čas ani zdroje na monitorování s potřebnou frekvencí. AAVSO shromažďuje a udržuje tato data pro výzkum.

V případě ASASSN-16ma byl objekt poprvé detekován pomocí All Sky Automated Survey pro SuperNovae (ASASSN), který vyzval AAVSO k odeslání výstrahy pro další pozorování. Člen AAVSO Paul Luckas - který byl připsán jako spolupracovník v nové studii - získal spektrální data, která identifikovali objekt jako nova. Tato informace umožnila autorům získat pozorovací čas s Fermi.

Viditelné světelné křivky byly zásadní také pro samotný výzkum, což astronomům umožnilo stanovit jejich soulad s emisemi gama záření. "Bez pozorování AAVSO bychom to nemohli říct, " říká Chomiuk.

Reference:

Kwan-Lok ​​Li a kol. "Nova Outburst Powered by Shocks." Nature Astronomy, September 2017.

Ackermann a kol. „Fermi zavádí klasickou niku jako samostatnou třídu zdrojů gama paprsků.“ Věda, srpen 2014.

Metzger a kol. "Šoky v nova odlivu." I. Tepelná emise. “ MNRAS, červen 2014.