Dvojna eksplozija supernove, ki je odpihnila – teorije o supernovah

Zgodba iz vesolja

• Astronomi so prvikrat opazili ostanke supernove, ki je eksplodirala dvakrat.
• Gre za nov mehanizem, ki lahko sproži eksplozije supernov tipa Ia v tesnih dvozvezdjih.
• Masa bele pritlikavke, ki je eksplodirala kot supernova je bila verjetno nižja od Chandrasekharjevega praga, zaradi česar se poraja dvom ali lahko vse supernove tega tipa smatramo za standardne svetilnike.

Astronomi so končno potrdili, da so nekatere supernove posledica ne ene, temveč kar dveh zaporednih eksplozij. Na najnovejših posnetkih Zelo velikega teleskopa, ki je del Južnega evropskega observatorija, so znanstveniki prvič opazili ostanke dvojne detonacije v obliki dveh plinastih lupin. Odkritje je pomembno, ker gre za poseben tip supernov, ki spadajo med za astronome najpomembnejše eksplozije v vesolju – z njimi merimo tako razdalje do oddaljenih galaksij, kot hitrost širjenja vesolja.

Stoletja stari ostanki supernove SNR 0509-67.5 posneti z Zelo velikim teleskopom. Barve na posnetku predstavljajo različne kemijske elemente: modra barva predstavlja kalcij, oranžna pa vodik. Lepo sta vidni dve modri koncentrični lupini (označeni s puščicama), ki sta posledica dvojne eksplozije supernove. Vir: ESO/P. Das et al. Zvezde v ozadju je posnel Vesoljski teleskop Hubble (K. Noll et al.).

Do večine supernov pride ob smrti zvezd, ki morajo biti vsaj osemkrat masivnejše od Sonca. Toda, obstaja poseben razred teh pojavov, imenovan supernove tipa Ia, ki so drugačni od ostalih. Njihov vir so tesna dvozvezdja, sestavljena iz bele pritlikavke ter druge, “navadne” zvezde. Ti krožita ena okoli druge in če razdalja med njima postane dovolj majhna, lahko bela pritlikavka “krade” snov z njene spremljevalke.

Bele pritlikavke so prav tako ostanki zvezd, ki pa so bile premajhne, da bi eksplodirale kot supernove. Povečini jih sestavljata kisik ter ogljik. Gre za mrtve zvezde, saj je temperatura v njihovi notranjosti prenizka, da bi v njih potekale jedrske reakcije. Temperatura na površju belih pritlikavk lahko doseže 40.000 K, zaradi česar dobijo značilno belo-modrikasto barvo. Njihova masa ne sme preseči 1,44 Sončeve mase, saj bi se v tem primeru sesedle v nevtronske zvezde. Tej mejni vrednosti pravimo Chandrasekharjev prag. Temperatura ter sij belih pritlikavk se s časom postopoma zmanjšujeta vse dokler ne ugasnejo.

Standardni svetilniki

Usoda belih pritlikavk v tesnih dvozvezdjih lahko ubere drugo pot. Medtem ko ta telesa kradejo snov s svojih spremljevalk, njihova masa raste. Če dosežejo Chandrasekharjev prag, se bele pritlikavke začnejo sesedati. Posledično temperatura v njihovi sredici naraste dovolj, da se sprožijo jedrske reakcije, pri čemer pride do zlivanja ogljikovih atomov. Prične se verižna reakcija med katero se v le nekaj sekundah sprosti nepredstavljiva količina energije – toliko, kot bi je Sonce izsevalo v 8 milijardah let, oziroma kot je oddajo vse zvezde v Rimski cesti skupaj v skoraj treh dneh! Eksplozija je tako močna, da popolnoma razstreli belo pritlikavko, spremljevalno zvezdo pa “odpihne” v globine vesolja.

Umetniška upodobitev tesnega dvozvezdja, kjer bela pritlikavka “krade” snov iz zunanjih plasti svoje spremljevalke.

Ker se eksplozija zgodi v trenutku, ko masa bele pritlikavke preseže natančno določen Chandrasekharjev prag, je količina sproščene energije vseh supernov tipa Ia približno enaka, prav tako pa njihova maksimalna svetlost. Ta lastnost supernov tipa Ia jim je prinesla vzdevek standardni svetilniki, saj lahko z njihovo pomočjo astronomi, s tem ko primerjajo njihov dejanski sij z navideznim, izračunajo razdaljo, na kateri je prišlo do eksplozije. S to metodo lahko dokaj natančno določimo kako daleč od nas se nahajajo tudi najbolj oddaljene galaksije. 

Dva poka namesto enega?

V preteklosti so nekateri teoretiki opozorili na možnost, da bi določene bele pritlikavke v tesnih dvozvezdjih lahko eksplodirale še preden bi njihova masa presegla Chandrasekharjev prag. Te supernove naj bi bile posledica ne ene, temveč dveh detonacij, pri čemer naj bi se prva zgodila v zunanjih plasteh bele pritlikavke, ki jih večinoma sestavlja helij, ki so ga ta telesa ukradla svojim spremljevalkam. Modeli kažejo, da prva eskplozija požene udarni val v smeri proti s kisikom in ogljikom bogati sredici bele pritlikavke. Zaradi povišanega tlaka se sredica močno zgosti ter segreje, kar privede do mnogo močnejše, sekundarne eksplozije, ki uniči belo pritlikavko.

Za potrditev teoretičnih modelov so potrebni dokazi, na primer v obliki posnetkov, ki jih astronomi doslej niso imeli. Pred kratkim pa je skupina avstralskih znanstvenikov objavila rezultate njihove študije ostankov supernove SNR 0509-67.5, ki se nahajajo v Velikem Magellanovem oblaku, manjši spremljevalni galaksiji naše Rimske ceste. Pri tem so se poslužili metode, ki ji pravimo spektroskopija. Z njo lahko astronomi analizirajo svetlobo, ki jo sevajo različni kemijski elementi pri natanko določenih valovnih dolžinah. Znanstveniki so z astronomskih posnetkov razbrali, da ostanke supernove sestavlja več koncentričnih plinastih lupin. Če bi potovali v smeri od središča supernove navzven, bi najprej naleteli na s kalcijem obogateno plast, ki bi ji sledila lupina s povečano vsebnostjo žvepla, nato pa še druga plast kalcija. Ti rezultati se zelo dobro ujemajo z napovedmi matematičnih modelov, zato jih zato znanstveniki jemljejo kot njihovo potrditev.

Novo odkritje odpira pomembna vprašanja. Če dejansko obstajajo supernove tipa Ia, ki eksplodirajo pod Chandrasekharjevim pragom, potem je morda njihova maksimalna svetlost manjša od ostalih supernov, kar posledično pomeni, da jih ne moremo obravnavati kot standardne svetilnike. Prav lahko se izkaže, da je marsikateri rezultat – kozmična razdalja, ali hitrost širjenja vesolja – izračunan po tej metodi, napačen.

Nadaljna čtiva za najbolj radovedne

1. Double detonation: new image shows remains of star destroyed by pair of explosions, ESO.
2. Das, P., Seitenzahl, I.R., Ruiter, A.J. et al. Calcium in a supernova remnant as a fingerprint of a sub-Chandrasekhar-mass explosion. Nat Astron (2025). https://doi.org/10.1038/s41550-025-02589-5
3. Type 1a supernova, Wikipedia.
4. G299.2-2.9, Wikipedia.
5. SNR 0509-67.5, Wikipedia.
6. Large Magellanic Cloud, Wikipedia.

Gronow, S., Collins, C. E., Sim, S. A. & Röpke, F. K. Double detonations of sub-MCh CO white dwarfs: variations in type Ia supernovae due to different core and He shell masses. Astron. Astrophys. 649, A155 (2021). https://doi.org/10.1051/0004-6361/202039954