ESO
lehdistötiedote 10. tammikuuta 2024
Suomennos
Pasi Nurmi
Tähtitieteilijät ovat löytäneet suoran yhteyden massiivisten
tähtien supernovana räjähtämisen ja maailmankaikkeuden tiheimpien ja
arvoituksellisimpien kohteiden, eli mustien aukkojen ja neutronitähtien
muodostumisen välillä. Kaksi tutkimusryhmää havaitsivat Euroopan eteläisen
observatorion VLT-teleskoopin ja ESO:n New Technology Telescope, eli NTT:n
avulla läheisen galaksin supernovaräjähdyksen jälkeistä vaihetta ja löysivät
todisteita räjähdyksen jälkeensä jättämästä salaperäisestä kompaktista
kohteesta.
 |
|
Tämä taitelijan tekemä kuva esittää prosessia, jossa
kaksoistähtijärjestelmässä olevasta massiivisesta tähdestä tulee supernova.
Kuvassa esitetty tapahtumasarja tapahtui supernova SN 2022jli:ssä, mikä selvisi
tutkijoille ESO:n Very Large Telescope, eli VLT-kaukoputken ja New Technology
Telescope, eli NTT-kaukoputken havaintojen avulla. Kun massiivinen tähti
räjähti supernovana, se jätti jälkeensä kompaktin kohteen, eli neutronitähden
tai mustan aukon. Seuralaistähti selvisi räjähdyksestä, mutta sen ilmakehä
pullistui sen seurauksena. Kompakti kohde ja seuralaistähti jatkoivat toistensa
kiertämistä kompaktin kohteen varastaessa säännöllisesti ainetta toisen tähden
laajenneesta ilmakehästä. Aineen kertyminen näkyi tutkijoiden havainnoissa
kohteen säännöllisinä kirkkauden vaihteluina sekä vetykaasun jaksoittaisina
liikkeinä. Kuva: ESO/L. Calçada.
|
Kun massiiviset tähdet saavuttavat kehityskaarensa viimeiset
vaiheet, ne romahtavat oman gravitaation vaikutuksesta niin nopeasti, että
seurauksena on voimakas räjähdys, jota kutsutaan supernovaksi. Tähtitieteilijät
uskovat, että dramaattisen räjähdysvaiheen jälkeen tähdestä jää jäljelle
erittäin tiheä ydin tai kompakti jäänne. Riippuen siitä, kuinka massiivinen
tähti on, kompakti jäänne on joko neutronitähti tai musta aukko.
Tähtitieteilijät ovat aiemmin löytäneet useita todisteita
tapahtumaketjun puolesta, kuten Rapusumun neutronitähden havaitseminen.
Rapusumu on lähes tuhat vuotta sitten räjähtäneen tähden jäljelle jäänyt
kaasupilvi. Tutkijat eivät kuitenkaan ole koskaan aiemmin nähneet tämän
prosessin tapahtuvan reaaliajassa, joten suoraa näyttöä supernovan jättämästä
kompaktista jäänteestä ei olla saatu. "Osoitamme tutkimuksessamme
tällaisen suoran yhteyden olemassaolon", sanoi israelilaisen Weizmann-instituutin tutkija Ping Chen, joka on
tänään Nature-lehdessä julkaistun tutkimuksen pääkirjoittaja. Tutkimus
esiteltiin American Astronomical Societyn 243. kokouksessa
New Orleansissa, Yhdysvalloissa.
Tutkijoiden tekemä löytö oli varsinainen onnenpotku ja se
tehtiin toukokuussa 2022, kun eteläafrikkalainen harrastajatähtitieteilijä Berto
Monard löysi supernova SN 2022jli:n 75 miljoonan valovuoden päässä
sijaitsevan NGC 157 -galaksin spiraalihaarasta. Kaksi erillistä ryhmää tutki
tämän räjähdyksen jälkimaininkeja ja havaitsi sen käyttäytyvän
ainutlaatuisesti.
Räjähdyksen jälkeen supernovan kirkkaus yleensä
yksinkertaisesti hiipuu ajan myötä ja tähtitieteilijät havaitsevat räjähdyksen
"valokäyrän" tasaisen, asteittaisen laskun. SN 2022jli käyttäytyy
kuitenkin hyvin erikoisesti. Kun sen kokonaiskirkkaus vähenee, se ei vähene
tasaisesti, vaan vaihtelee ylös ja alas noin 12 päivän välein. "SN
2022jli:n havainnoissa näkyy toistuva kirkastumisen ja himmenemisen
sarja", sanoi Thomas Moore, Pohjois-Irlannissa sijaitsevan
Belfastin Queen's Universityn tohtorikoulutettava, joka
johti viime vuoden lopulla Astrophysical Journal -lehdessä jukaistua supernovaa
koskevaa tutkimusta. "Tämä on ensimmäinen kerta, kun supernovan
valokäyrässä on havaittu toistuvia jaksottaisia muutoksia useiden syklien ajan",
Moore totesi artikkelissaan.
Sekä Mooren että Chenin tutkimusryhmät uskovat, että SN
2022jli -systeemin käyttäytyminen voidaan selittää, jos kohteessa on useampi
kuin yksi tähti. Itse asiassa massiiviset tähdet ovat usein osana
kaksoistähtijärjestelmää ja kiertävät toisiaan, eikä SN 2022jli ole tästä
poikkeus. Merkillepantavaa tässä järjestelmässä on kuitenkin se, että
seuralaistähti näyttää selvinneen kumppaninsa räjähdyksestä. Nämä kaksi
kohdetta, eli kompakti jäänne ja seuralastähti, todennäköisesti yhä kiertävät
toisiaan.
Mooren ryhmän keräämä havaintoaineisto, johon sisältyi
Chilen Atacaman autiomaassa ESO:n NTT:llä tehtyjä havaintoja, ei mahdollistanut
tarkkaa selvitystä siitä, miten kohteiden välinen vuorovaikutus aiheuttaa
valokäyrän nousut ja laskut. Chenin ryhmä oli kuitenkin tehnyt lisähavaintoja.
He havaitsivat järjestelmän kirkkaudessa samoja säännöllisiä vaihteluita kuin
Mooren ryhmä oli havainnut, ja he havaitsivat kohteessa myös vetykaasun
jaksollista liikettä ja gammasädepurkauksia. Chenin ryhmän havainnot olivat
mahdollisia, koska he käyttivät maassa ja avaruudessa sijaitsevia
instrumentteja, joihin myös Chilessä ESO:n VLT:ssä oleva X-shooter kuului.
Kun kaikki tieto yhdistetään, nämä kaksi ryhmää ovat
yleisesti ottaen yhtä mieltä siitä, että kun seuralaistähti vuorovaikutti
supernovaräjähdyksen aikana irronneen materian kanssa, sen vetypitoisesta
ilmakehästä tuli tavallista suurempi. Kun räjähdyksen jälkeen jäljelle jäänyt
kompakti kohde kiersi kiertoradallaan seuralaisensa kaasukehän läpi, se varasti
vetykaasua kumppaniltaan muodostaen ympärilleen kuuman ainekiekon. Tämä
jaksollinen aineen kerääminen tuotti paljon energiaa, joka havainnoissa näkyi
säännöllisinä kirkkauden muutoksina.
Vaikka tutkimusryhmät eivät kyenneet havaitsemaan
kompaktista kohteesta tulevaa valoa suoraan, he päättelivät, että tämä energiaa
tuottava aineen varastaminen voi johtua vain näkymättömästä neutronitähdestä
tai mahdollisesti mustasta aukosta, joka imee ainetta seuralaistähden
laajentuneesta ilmakehästä. "Tutkimuksemme on kuin palapelin
ratkaisemista, missä kaikki mahdolliset todisteet kerätään yhteen",
Chen sanoi. "Huomioimalla nämä kaikki palaset saadaan totuus selville".
Vaikka mustan aukon tai neutronitähden läsnäolo on nyt
vahvistettu, tässä arvoituksellisessa kohteessa on vielä paljon tutkittavaa.
Kompaktin kohteen tarkkaa luonnetta ei tunneta, eikä tiedetä mikä tämän kohteen
kehityksen lopputulos voisi olla. Seuraavan sukupolven teleskoopit, kuten ESO:n
Extremely Large Telescope, eli ELT-kaukoputki on tässä tärkeässä roolissa ja
sen avulla tähtitieteilijät voivat paljastaa tästä ainutlaatuisesta
järjestelmästä ennennäkemättömiä yksityiskohtia. ELT:n on tarkoitus aloittaa
toimintansa myöhemmin tämän vuosikymmenen aikana.
--
Tässä esitelty tutkimus on julkaistu kahdessa erillisessä
artikkelissa. P. Chenin johtaman tutkimusryhmä on julkaissut artikkelin
nimeltään: “A 12.4 day periodicity in a close binary system after a supernova”
Nature (doi: 10.1038/s41586-023-06787-x)
julkaisusarjassa.
