A szupernóvák, azaz a felrobbanó csillagok az Univerzum legenergikusabb eseményei közé tartoznak; rövid életű tündöklésük során még az otthonokul szolgáló galaxisokat is képesek túlragyogni. Extrém fényességük miatt pedig nem csak kozmikus szomszédságunkban, hanem akár kozmológiai skálákon is tudjuk őket észlelni, segítségükkel pedig mérhetővé váltak a milliárd-fényéves távolságok. Mivel a szupernóva gyakorlatilag a semmiből bukkan elő, az eredete szempontjából kritikus első óráit nem igazán sikerült még elcsípni – egészen mostanáig. Egy amatőrcsillagász ugyanis jókor nézett jó irányba és minden eddiginél korábban sikerült észlelnie egy robbanást, amely hatalmas eredmény és megerősítés az elméleti modellek számára.
Hatalmas robbanás, óriási fényesség, szétrepülő gázburok – egy szupernóva művészi elképzelése. (Forrás: M. Kornmesser/ESO)
Az egész 1572-ben kezdődött (najó, valójában sokkal korábban, de a kínaiakat sokáig senki sem kérdezte), amikor Tycho Brache dán csillagász új fénypontot pillantott meg a jól ismert égbolton (oké, megint csak, valószínűleg nem ő látta meg először, de ő vette a fáradtságot és lejegyezte). A stella nova, azaz új csillag több éjszakán keresztül is szabad szemmel látható volt, majd lassacskán elhalványult. A felfedezés jókora tőrdöfést jelentett az arisztotelészi tanok örökké változatlan Univerzum-képébe, hiszen ezek szerint az égi szférák mégis csak mutatnak változásokat. Nem sokkal később a kor másik nagy csillagásza, Johannes Kepler is felfedezett egy vendégcsillagot, ami azt mutatta, bármi is okozza az ideiglenes felfényesedéseket, nem is olyan ritka jelenség. Aztán… évszázadokig semmi. Legalábbis semmi ezekhez fogható.
Tycho Brache “felfedezi” az 1572-es szupernóvát, melynek mai, jóval halványabb állapota látható a röntgen-, optikai- és infravörös felvételek kompozitjából álló jobb oldali képen. (Forrás: Camille Flammarion: Astronomie Populaire & NASA/ MPIA, Calar Alto, O. Krause et al.)
A távcsövek és a megfigyelési technológiák fejlődésének köszönhetően a 20. században újra fedeztek fel szupernóvákat, manapság pedig már tömegesen, évente néhány ezret. Ezek azonban kivétel nélkül más galaxisokban jelentek meg, túl messze tőlünk, hogy szabad szemmel is megpillanthassuk őket. A megfigyelési adatokra és az elméleti modellekre alapozva már tudjuk, hogy a szupernóvák valójában felrobbanó csillagok. Az 1572-es és 1604-es események különlegességét az adta, hogy relatíve közel, a mi Tejútrendszerünkben történtek a robbanások, ezért sokkal fényesebbnek látszottak. A több, mint négyszáz éves szünet pedig nem azt jelenti, hogy a galaxisunkban már nincsenek szupernóvák, csak valószínűleg ezek a Tejútrendszer számunkra láthatatlan régióiában történtek az utóbbi időben (pech).
Sajnos (illetve a földi élet szempontjából szerencsére) ilyen jól még nem figyelhettünk meg szupernóvát.
A szupernóváknak két, eredetüket tekintve teljesen különböző csoportja létezik. Az Ia (ejtsd: egy-a) típusúak szülőobjektuma egy maradványcsillag, ún. fehér törpe (ilyenné fog válni a Nap is öt milliárd év múlva), amely csaknem tisztán oxigénből és szénből álló, a Földünknél alig nagyobb golyóbis. Ezek az objektumok már nem termelnek fúziós energiát, ha viszont a társcsillaguktól képesek anyagot elszívni és átlépnek egy bizonyos tömeghatárt, akkor elszabadul a pokol, a beinduló, majd megszaladó szén- és- oxigénfúzió szétveti a csillagot (a Napunk tehát nem fog felrobbanni, mivel nincs társcsillaga). Az Ia típusú szupernóvák tehát hasonló objektumok, hasonló tömegnél történő hasonló robbanásai, amelyek következésképpen hasonlóan fényesek is. Ezt használják ki a kozmológusok, hogy több milliárd fényévre lévő galaxisok távolságát kimérhessék és ezáltal sikerült kimutatni az Univerzum gyorsuló tágulását is.
A fehér törpecsillag (jobbra, az örvény közepén) hiába kisebb, nagyobb gravitációs potenciálja miatt el tudja szívni a közelben lévő társcsillagának külső, lazábban kötött rétegeit. Az így nyert tömeggel kerülhet robbanás közeli állapotba. (Forrás: NASA)
A másik típusú, az ún. II-es szupernóvák, nagy tömegű csillagokból születnek, amelyek életük végéhez közeledve felhasználják előbb a hidrogén, majd a hélium készletüket is. A csillag magjában végbemenő fúzió egyre nagyobb tömegszámú kémiai elemeken zajlik le, amelyek egyre kevesebb energiát termelnek. Ha pedig csökken a kifelé tartó energia (és ezzel a sugárnyomás), az egyre kevésbé tud ellent tartani a csillagot összehúzó gravitációnak. A vas-nikkel mag kialakulása az utolsó szög a koporsóban, ezen atommagok fúziója már nem termel energiát: a gravitáció győz, a csillag pedig összeroskad. A legbelső régióban viszont olyan óriásivá válik a nyomás, hogy minden neutronná alakul, az elfajult neutrongáz nyomása pedig megállítja az összeomlást. Olyannyira, hogy a külső, bezuhanó rétegek gyakorlatilag visszapattannak a neutronmagról, a kifelé induló lökéshullám pedig újabb fúziókat indít be a hagymaszerkezetű csillagburokban (lásd az ábrán). A termelődő energia és a lökéshullám pedig szétrobbantja a gázrétegeket.
A nagy tömegű csillag magjában hagymahéj-szerkezet alakul ki a különböző elemek fúziója után. A legbelső vasmag fúziója viszont már nem termel energiát, így összeroskad, a hidrogén rétegek pedig befelé zuhannak, amelyet csak a neutroncsillag kialakulása állít meg. Ha az elfajult neutrongáz nyomása sem elegendő, akkor az összeomlás folytatódik és egy fekete lyuk marad vissza a robbanás helyén. (Forrás: Pearson Education)
A megfigyelések már számos aspektusát bizonyították a robbanási modelleknek, ám azt a pillanatot, amikor a lökéshullám felbukkan a felszínen (ez az ún. shock-breakout), még nem sikerült elcsípni. Az ok egészen egyszerű: egyrészt a robbanások döntő többsége túl távoli galaxisban történik, hogy óriástávcsöveken kívül bármi is tetten érhesse őket; másrészt a szupernóva a shock-breakout idején még túl halvány, éppen csak hogy elkezd fényesedni. Az esély tehát kicsi, de nem lehetetlen: ha egy szerencsés megfigyelő éppen a megfelelő pillanatban vizsgál egy közeli galaxist, akár meg is ütheti a főnyereményt. Victor Buso-val, az argentin amatőrcsillagásszal éppen ez a hihetetlen szerencse történt meg.
Tipikus szupernóva fénygörbék, azaz a fényességek időbeli változásai. A vízszintes tengelyen a robbanás óta eltelt napok száma, míg a függőlegesen a másodpercenként kibocsájtott energia látható – a csúcson akár tízmillirdszor is fényesebbek lehetnek a Napunknál.
Az említett úriember még 2016 őszén (na igen, hosszú idő telik el, míg az eredményekből tudományos publikáció születik…) tette a felfedezést, amikor is saját háza tetejére épített obszervatóriumából vette célba az NGC 613 spirálgalaxist. Az objektum közelsége miatt kellően fényes, spirálkarjai látványosak és az sem volt elhanyagolható, hogy azokban az órákban épp a zenitben (a megfigyelő feje felett) tartózkodott – így nem volt szükség a kupola forgatására és Buso-nak nem kellett a szomszédok morgolódásával számolnia. Terve szerint csak pár szemet gyönyörködtető zsánerképet akart készíteni a a 40 cm-es (nem piskóta) teleszkópjára szerelt CCD kamerával, ennek megfelelően mindössze húsz másodperces expozíciós idejű felvételek sorozatát indította el. A bő másfél órás mérés folyamán az első képek még nem mutattak semmi különlegeset, az idő múlásával azonban egy új, világos pont bukkant fel, amely minden egyes felvétellel egyre fényesebb lett.
Ott a szupernóva! (Forrás: V. Buso)
Buso rögvest felismerte, hogy valami érdekeset talált, azzal viszont nem volt tisztában, mennyire rendkívülit, így a méréseket még a hajnal kezdete előtt leállította. Rögvest megpróbált azonban professzionális csillagászokhoz fordulni, akik magyarázatot nyújthattak volna a jelenségre, az éjszaka közepén azonban sokáig senkit sem tudott telefonon elérni. Végül egy ismerős amatőrcsillagász segítségével sikerült megfigyelési figyelmeztetést küldeni a megfelelő csatornákon, a következő éjszakákon pedig elkezdődött az objektum óriásteleszkópokkal és űrtávcsövekkel való nyomon követése, a röngten fotonokról egészen az infravörös tartományig.
Ha valaki esetleg nem szúrta volna ki az előző animáción… a pirossal jelölt kis fehér pötty az (a fenti fényes, beégett csillag a Tejútrendszerben található, csak véletlenül lóg bele a látómezőbe). (Forrás: C. Kilpatrick/Las Campanas Observatory)
Az SN 2016gkg-t érintő mérések közül egyértelműen Buso adatai a legfontosabbak, ugyanis éppen sikerült elcsípnie a közvetlenül a robbanás után bekövetkező és nagyon rövid ideig tartó felfényesedést, amelyet a korábban említett shock-breakout vált ki. Az szupernóva ilyenkor néhány óra alatt több ezerszeresére fényesedik fel, majd halványul vissza, hogy aztán a robbanás során keletkezett radioaktív nikkel bomlása fűtse fel és világítsa meg újra a szétrepülő gázt. A továbbiak pedig már tankönyvi példába illenek: a fénygörbe és színképek elemzéséből megállapították, hogy a szupernóva szülőobjektuma egy eredetileg a Napunknál hússzor nagyobb tömegű csillag volt, amelynek külső gázrétegeit a társcsillagának gravitációja még a robbanás előtt elszívta (az ilyenek az ún. IIb altípusú szuerpnóvák).
Az SN 2016gkg szupernóva fényességváltozása (azaz fénygörbéje), vízszintes tengelyen a robbanás óta eltelt napok száma (természetesen a mi időnk szerint, hiszen a csillag már 67 millió évvel ezelőtt felrobbant). Kékkel láthatóak Buso mérési adatai, feketével az óriástávcsövek megfigyelései, pirossal pedig az elméleti modell. (Forrás: Bersten et al. 2018, Nature)
Az igazán nagy eredmény azonban, hogy a korábbi elméleti számítások jóslatai Buso korai méréseivel is tökéletes összhangban vannak, amely újabb fényes diadal a szupernóvák általánosan elfogadott robbanási modelljei számára (sosem árt a megerősítés). És természetesen a civilben lakatosként dolgozó argentin amatőrcsillagásznak is, aki elmondása szerint élete hobbiját, illetve a rengeteg ráfordított időt és pénzt látja igazolva – ez sem kis eredmény.
A büszke felfedező feleségével és szeretett távcsövével a házi obszervatóriumában. (Forrás: Marcelo Manera, La Nacion)