Kui tähed elutsükli lõppu jõuavad, puhuvad paljud supernoova nime all plahvatuslikult oma välimised kihid. Ehkki astronoomid on selle nähtuse kohta palju õppinud, tänu keerukatele instrumentidele, mis suudavad neid uurida mitme lainepikkusega, on supernoovade ja nende jäänuste kohta siiski palju.
Näiteks on endiselt lahendamata küsimusi mehhanismide kohta, mis tekitavad supernoovast tulenevaid lööklaineid. Kuid rahvusvaheline teadlaste meeskond kasutas hiljuti lähedalasuva supernoova (SN1987A) Chandra röntgenikiirguse vaatluskeskuse saadud andmeid ja uusi simulatsioone, et mõõta tekkiva lööklaine aatomite temperatuuri.
Hiljuti ilmus teadusajakirjas uurimus pealkirjaga „Raskete ioonide põrumine ilma šokisoojendusega SN 1987A” Loodus. Meeskonda juhtisid Marco Miceli ja Salvatore Orlando Itaalia Palermo ülikoolist. Selle moodustasid liikmed Astrofüüsika Riiklikust Instituudist (INAF), mehaanika ja matemaatika rakendusprobleemide instituudist ning Pennsylvania osariigist ja Loodeülikoolist. .
Uuringu huvides ühendas meeskond SN 1987A Chandra vaatlused simulatsioonidega, et mõõta supernoova lööklaine aatomite temperatuuri. Seejuures kinnitas meeskond, et aatomite temperatuur on seotud nende aatommassiga - tulemus annab vastuse pikaajalisele küsimusele lööklainete ja neid võimendavate mehhanismide kohta.
Nagu ütles Penn State'i astronoomia ja astrofüüsika professor ning uuringu kaasautor David Burrows Penn State'i pressiteates:
„Supernoova plahvatused ja nende jäänused pakuvad kosmilisi laboreid, mis võimaldavad meil uurida füüsikat ekstreemsetes tingimustes, mida Maal ei saa dubleerida. Kaasaegsed astronoomilised teleskoobid ja mõõteriistad, nii maapealsed kui ka kosmosepõhised, on võimaldanud meil teostada meie galaktikas ja lähedalasuvates galaktikates supernoovade jäänuste üksikasjalikke uuringuid. Oleme vahetult pärast Chandra käivitamist 1999. aastal NASA Chandra röntgenisekretariaadi kaudu regulaarselt jälginud supernoova jäänukit SN1987A, kasutades simulatsioone, et vastata pikaajalistele lööklainete küsimustele. ”
Kui suuremad tähed läbivad gravitatsiooni, siis tekitab plahvatus materjali välja kiirusega kuni kümnendik valguse kiirusest, surudes lööklaineid ümbritsevasse tähtedevahelisse gaasi. Kui lööklaine kohtub tähte ümbritseva aeglaselt liikuva gaasiga, on teil “löögipunkt”. See üleminekutsoon soojendab jahedat gaasi miljonite kraadideni ja põhjustab jälgitavate röntgenkiirte emissiooni.
Juba mõnda aega on astronoomid olnud huvitatud supernoova lööklaine sellest piirkonnast, kuna see tähistab üleminekut sureva tähe plahvatusjõu ja ümbritseva gaasi vahel. Nagu Burrows seda võrdles:
“Üleminek sarnaneb sellega, mida täheldatakse köögis asuvas kraanikausis, kui kiire veevool jõuab kraanikaussi, voolab sujuvalt väljapoole, kuni see järsult hüppab ja muutub turbulentseks. Löögiprofiile on põhjalikult uuritud Maa atmosfääris, kus need esinevad äärmiselt kitsas piirkonnas. Kuid kosmoses toimub šokkide üleminek järk-järgult ega pruugi mõjutada kõigi elementide aatomeid ühtemoodi. ”
Uurides supernoova põrkerinde taga asuvate erinevate elementide temperatuure, loodavad astronoomid parandada meie arusaamist šokiprotsessi füüsikast. Ehkki elementide temperatuurid olid eeldatavasti proportsionaalsed nende aatommassiga, on täpsete mõõtmiste saavutamine olnud keeruline. Varasemad uuringud ei ole mitte ainult vastuolulisi tulemusi andnud, vaid pole suutnud ka oma analüüsi raskeid elemente lisada.
Selle lahendamiseks vaatas meeskond Supernova SN1987A, mis asub suures Magellaani pilves ja mis sai esmakordselt ilmsiks 1987. aastal. Lisaks sellele, et see oli esimene palja silmaga nähtav supernoova alates Kepleri Supernovast (1604), oli see ka kõigepealt uuritakse kaasaegsete teleskoopide abil kõigil valguse lainepikkustel (raadiolainetest röntgenikiirguse ja gammalaineteni).
Kui SN 1987A varasemad mudelid on tavaliselt tuginenud üksikutele vaatlustele, siis uurimisrühm kasutas supernoova arengu näitamiseks kolmemõõtmelisi arvulisi simulatsioone. Seejärel võrdlesid nad aatomtemperatuuri täpsuse mõõtmiseks Chandra esitatud röntgenvaatlustega, mis kinnitasid nende ootusi.
"Nüüd saame täpselt mõõta nii raskete räni kui raua elementide temperatuure ja oleme näidanud, et need järgivad tõepoolest suhet, et iga elemendi temperatuur on võrdeline selle elemendi aatommassiga," ütles Burrows. "See tulemus lahendab astrofüüsiliste lööklainete mõistmise olulise küsimuse ja parandab meie arusaamist šokiprotsessist."
See viimane uuring on astronoomide jaoks oluline samm, lähendades neid supernoova mehaanika mõistmisele. Nende saladused lahti saades tahame õppida rohkem tundma kosmilise evolutsiooni jaoks olulist protsessi, mis mõjutab tähtede surma ümbritsevat Universumit.
