Ko bodo zvezde prišle do konca življenjskega cikla, bodo mnoge raznesle svoje zunanje plasti v eksplozivnem procesu, znanem kot supernova. Medtem ko so astronomi izvedeli veliko o tem pojavu, zahvaljujoč sofisticiranim instrumentom, ki jih lahko preučujejo v več valovnih dolžinah, še vedno obstaja veliko stvari, ki jih vemo o supernovah in njihovih ostankih.
Na primer, še vedno obstajajo nerešena vprašanja o mehanizmih, ki napajajo nastale udarne valove supernove. Toda mednarodna skupina raziskovalcev je nedavno uporabila podatke, ki jih je pridobil Chandra X-Ray Observatory bližnje supernove (SN1987A), in nove simulacije za merjenje temperature atomov v nastalem udarnem valu.
Študija z naslovom "Trčno udarno segrevanje težkih ionov v SN 1987A" se je nedavno pojavila v znanstveni reviji Narava. Skupino sta vodila Marco Miceli in Salvatore Orlando z univerze v Palermu v Italiji, sestavljali pa so jo člani Nacionalnega inštituta za astrofiziko (INAF), Inštituta za uporabne probleme mehanike in matematike ter države Pennsylvania in Northwestern University .
Zaradi svoje študije je skupina združila opazke Chandra SN 1987A z simulacijami za merjenje temperature atomov v udarnem valu supernove. Pri tem je ekipa potrdila, da je temperatura atomov povezana z njihovo atomsko težo, rezultat pa je odgovor na dolgotrajno vprašanje o udarnih valovih in mehanizmih, ki jih napajajo.
Kot je v sporočilu za javnost Penn State povedal David Burrows, profesor astronomije in astrofizike v državi Penn in soavtor študije:
"Eksplozije Supernove in njihovi ostanki zagotavljajo kozmične laboratorije, ki nam omogočajo raziskovanje fizike v ekstremnih pogojih, ki jih na Zemlji ni mogoče podvajati. Sodobni astronomski teleskopi in instrumenti, kopenski in vesoljski, so nam omogočili podrobne študije ostankov supernove v naši in bližnjih galaksijah. Redno smo opazovali ostanek supernove SN1987A z NASA-inim rentgenskim opazovalnikom Chandra, najboljšim rentgenskim teleskopom na svetu, saj je bil kmalu po izstrelitvi Chandra leta 1999 uporabljen simulacija za odgovor na dolgoletna vprašanja o udarnih valovih. "
Ko večje zvezde podležejo gravitacijskemu kolapsu, posledična eksplozija vleče material navzven s hitrostjo do ene desetine hitrosti svetlobe, ki potisne udarne valove v okoliški medzvezdni plin. Če se udarni val sreča s počasnim plinom, ki obdaja zvezdo, imate "šok sprednjo stran". To prehodno območje segreje hladen plin na milijone stopinj in vodi do oddajanja rentgenskih žarkov, ki jih lahko opazimo.
Že nekaj časa so astronomi zainteresirani za to območje udarnega vala supernove, saj označuje prehod med eksplozivno silo umirajoče zvezde in okoliškim plinom. Kot je Burrows primerjal:
"Prehod je podoben tistemu, ki ga opazimo v kuhinjskem pomivalnem koritu, ko hiter tok vode udari v umivalnik in gladko teče navzven, dokler nenadoma ne skoči v višino in postane moten. Udarne fronte so bile obsežno preučene v Zemljini atmosferi, kjer se pojavljajo na izjemno ozkem območju. Toda v vesolju so udarni prehodi postopni in morda ne vplivajo na atome vseh elementov na enak način. "
S preučevanjem temperatur različnih elementov za udarno fronto supernove, astronomi upajo, da bodo izboljšali naše razumevanje fizike šok procesa. Medtem ko se pričakuje, da bodo temperature elementov sorazmerne z njihovo atomsko maso, je bilo težko natančno izmeriti. Ne samo, da so prejšnje študije privedle do nasprotujočih si rezultatov, tudi te težke prvine niso vključile v svoje analize.
Da bi se tega lotili, si je ekipa ogledala Supernovo SN1987A, ki se nahaja v velikem magelanskem oblaku, prvič pa je postala očitna leta 1987. Poleg tega, da je bila prva supernova, ki je bila vidna s prostim očesom od Keplerjeve Supernove (1604), je bila najprej preučiti v vseh svetlobnih dolžinah (od radijskih valov do rentgenskih in gama valov) s sodobnimi teleskopi.
Medtem ko so se prejšnji modeli SN 1987A ponavadi opirali na posamezna opazovanja, je raziskovalna skupina uporabila tridimenzionalne numerične simulacije za prikaz razvoja supernove. Nato so jih primerjali z rentgenskimi opazovanji, ki jih je zagotovila Chandra, da so natančno izmerili atomsko temperaturo, kar je potrdilo njihova pričakovanja.
"Zdaj lahko natančno izmerimo temperature elementov, težke kot silicij in železo, in pokazali smo, da dejansko sledijo razmerju, da je temperatura vsakega elementa sorazmerna z atomsko težo tega elementa," je dejal Burrows. "Ta rezultat rešuje pomembno vprašanje v razumevanju astrofizičnih udarnih valov in izboljšuje naše razumevanje procesa šoka."
Ta zadnja študija predstavlja pomemben korak za astronome, ki jim približuje razumevanje mehanike supernove. Z odkritjem njihovih skrivnosti se bomo naučili več o procesu, ki je bistven za kozmično evolucijo, in sicer, kako smrt zvezd vpliva na okoliško vesolje.
