Korzystając z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST), astronomowie nareszcie zakończyli prawie czterdziestoletnią, kosmiczną zabawę w chowanego. Z jego pomocą udało im się odkryć gwiazdę neutronową skrywającą się wśród pozostałości potężnej gwiezdnej eksplozji – eksplozji supernowej 1987A.
Zagadka rozwiązana po latach
Supernowa SN 1987A reprezentuje dziś pozostałości po eksplozji gwiazdy, która kiedyś miała masę około 8 do 10 mas Słońca. Pozostałości te znajdują się około 170 000 lat świetlnych stąd, w Wielkim Obłoku Magellana, czyli galaktyce karłowatej sąsiadującej z Drogą Mleczną. Światło supernowej SN 1987A po raz pierwszy dotarło do Ziemi 37 lat temu, dokładnie w 1987 roku, skąd z resztą wzięła się jej nazwa. To najjaśniejsza supernowa, jaką zaobserwowano w ciągu ostatnich 400 lat.
Eksplozje supernowych rozsiewają w kosmosie pierwiastki takie jak tlen, węgiel, krzem i żelazo – pierwiastki, które potem stają się częścią kolejnej generacji gwiazd i planet. W ich wyniku powstają ponadto zwarte pozostałości po dawnych gwiazdach – gwiazdy neutronowe oraz czarne dziury. Przez ostatnie 37 lat astronomowie nie wiedzieli, która z nich może skrywać się w sercu supernowej SN 1987A – aż do teraz.
„Przez długi czas szukaliśmy dowodów na istnienie gwiazdy neutronowej w gazie i pyle supernowej SN1987A.”, powiedział Mike Barlow, emerytowany profesor fizyki i astronomii oraz członek zespołu stojącego za omawianym odkryciem. „Wreszcie mamy dowody, których szukaliśmy.”
Los masywnych gwiazd
W całej tej sprawie istotne jest to, że gwiazdy neutronowe powstają, gdy masywne gwiazdy wyczerpują swoje zapasy paliwa potrzebne do syntezy jądrowej zachodzącej w ich jądrach. W efekcie z tych jąder przestaje wypływać energia, która chroniła je przed zapadnięciem się pod wpływem własnej grawitacji.
Gdy jądro gwiazdy zapada się, dochodzi od wybuchu potężnej supernowej, która rozdziera zewnętrzne warstwy gwiazdy. Cała reszta przekształca się w gwiazdę neutronową – gwiazdę wielkości przeciętnego miasta na Ziemi, ale o masie Słońca lub dwóch, składającą się głównie z neutronów.
Przed zapadnięciem się w czarną dziurę gwiazda neutronowa jest chroniona przez efekty kwantowe zachodzące między neutronami w jej wnętrzu – tak zwane ciśnienie degeneracji neutronów. To ciśnienie może jednak zostać przełamane – jeśli gwiazda neutronowa zgromadzi więcej masy. Wówczas zamieni się w czarną dziurę. Poza tym jeśli gwiazda, która wybuchła jako supernowa, była szczególnie masywną gwiazdą, może zamienić się zamiast w gwiazdę neutronową od razu w czarną dziurę.
Gwiazda neutronowa, ale jaka?
Naukowcy byli niemalże pewni, że obiekt, który powstał po wybuchu supernowej SN1987A to gwiazda neutronowa. Nie mogli jednak wykluczyć możliwości, że ta gwiazda neutronowa nie zgromadziła masy, która pozwoliła zamienić się jej w czarną dziurę.
Nowo zidentyfikowana gwiazda neutronowa unikała wykrycia przez aż 37 lat, ponieważ wciąż jest otoczona przez gruby całun gazu i pyłu wystrzelonego podczas wybuchu supernowej. Niemniej, ten pył nie był przeszkodą dla każdego naukowego instrumentu. O ile skutecznie blokuje on bowiem światło widzialne, to już nie tak skutecznie blokuje światło podczerwone. Właśnie dlatego naukowcy sięgnęli po Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, który jest bardzo czuły w zakresie światła podczerwonego.
Na szczęście, JWST zapewnił naukowcom potrzebne dowody na to, że obiekt znajdujący się w pozostałościach SN 1987A to supernowa. Dowody te miały związek z emisjami pierwiastków argonu i siarki, pochodzącymi z centrum SN 1987A. Pierwiastki te były zjonizowane, co oznacza, że z ich atomów zostały oderwane elektrony, a do ich jonizacji mogło dojść podobno tylko w wyniku promieniowania wyemitowanego przez gwiazdę neutronową.
Mimo tego ważnego odkrycia astronomowie mają jeszcze przed sobą dużo pracy. To dlatego, że SN 1987A wciąż skrywa przed nimi pewne tajemnice. Przede wszystkim naukowcy muszą ustalić, w jaki sposób gwiazda neutronowa doprowadziła do jonizacji argonu i siarki. Nie wiadomo, czy zrobiła to szybko rotując i generując w efekcie wiatry naładowanych cząstek, czy też emitując światło ultrafioletowe i promieniowanie rentgenowskie z powierzchni rozgrzanej do miliona stopni Celsjusza. Innymi słowy, nie wiadomo, czy ta gwiazda neutronowa jest pulsarem, czy też tak zwaną nagą gwiazdą neutronową.
Źródło: Space.com, fot. tyt. NASA