Supernova v galaxii M101 pozorována ondřejovským 2m dalekohledem

Dostal ho i Mark Sullivan z Oxfordu a rychle souřadnice podezřelého objektu zadal ze svého notebooku do pozorovacího programu robotického Liverpoolského dalekohledu umístěného na kanárském ostrově La Palma. Jeho inteligentní samostatně se rozhodující plánovač vyhodnotil prioritu sledování jako velmi vysokou a během pár minut najel s dalekohledem na objekt a aktivoval spektrograf FRODOspec. Po necelé hodině expozice a automatické redukci dat bylo jasné, že jde o supernovu typu Ia. Pouhé tři hodiny od objevu tak začala mohutná kampaň nejen mezi profesionálními astronomy ale i astronomy amatéry, kteří měří její jasnost vedle optimalizovaných astronomických kamer i pomocí komerčních digitálních fotoaparátů. I když je supernova jedna z nejjasnějších dosud pozorovaných v cizích galaxiích, je pořízení jejího detailního spektra doménou spíše větších dalekohledů.

První ondřejovská spektra pořízená 28. 8. detektorem standardně používaným pro výzkum horkých hvězd obsahovala silný šum, pod kterým je vlastní spektrum těžce rozpoznatelné. Proto byl nasazen nejmodernější CCD detektor, který se však nedávno vrátil z opravy a následné optimalizace v USA a nebyl ještě odzkoušen v ostrém provozu. Detektor byl vyroben na míru pro použití v tzv. nízko-disperzním spektrografu 2m dalekohledu firmou ITL Dr. Michaela Lessera při Arizonské univerzitě a supercitlivý nízkošumový elektronický kontrolér pro něj vyrobil Dr. Robert Leach z firmy Astronomical Research Cameras na San Diego State University. Obě tato jména jsou považována za špičky v oboru (jejich CCD kamery jsou v největších světových dalekohledech, včetně Palomar 5m, Gemini, Magelan, Large Binocular Telescope či SALT). Detektor o netradičním rozměru 2720 x 512 pixelů o rozměru 15 mikrometrů je místo běžně užívaného kapalného dusíku chlazen kompresorem Cryotiger na -136 stupňů C a nezbytné vakuum v jeho nádobě udržuje tzv. iontová pumpa.

Kombinace vyšší citlivosti detektoru (až o polovinu v závislosti na spektrální oblasti) a nižší disperze spektrografu, znamenající více detekovaných fotonů na pixel, nakonec vedla k úspěchu.

Obrázek: Spektrum supernovy SN2011fe pořízené 30. 8. 2011 na 2m dalekohledu
Astronomického ústavu AV ČR v Ondřejově. Jsou vidět charakteristické široké čáry
křemíku, síry a železa posunuté o tisíce km/s do modra, což svědčí o vysoké
rychlosti výbuchu.

Spektrum supernovy pořízené 30. 8. na 2m dalekohledu P. Škodou a J. Sloupem po hodinové expozici bylo ihned zpracováno M. Šlechtou a následně analyzováno. Na obrázku je vidět, že absorpční čáry všech prvků jsou velmi široké a navíc posunuté o více než deset tisíc km/s směrem k modrému konci spektra, což ukazuje na vysokou rychlost, s jakou se výbuch supernovy šíří od jádra k povrchu. Podle posunu čar jednotlivých prvků lze určit, ve které vrstvě obálky rvané na kusy se příslušný prvek vyskytuje.

Proč jsou pozorování supernov typu Ia důležitá?

Obvyklá představa o výbuchu supernovy říká, že dostatečně hmotná hvězda těsně před vyhořením svého paliva (podrobněji se hovoří o slupkách, kde postupně hoří uhlíko-kyslíkové jádro, héliová a další vodíková obálka) se zhroutí při pokusu zapálit železo, čímž se nekontrolovaně zahřeje na miliardy stupňů a rychle uvolněná energie ji totálně zničí v gigantickém výbuchu. Při něm vznikají všechny prvky periodické tabulky, které pak obohatí mezihvězdné prostředí v oblasti, kde po výbuchu zůstanou cáry původní hvězdy v podobě rozsáhlé síťové mlhoviny (např. známá Krabí mlhovina). Za jistých okolností pak mohou vznikat i v poslední době velmi diskutované diamanty. To jsou ale tzv. supernovy třídy II.

Tato supernova v M101 však patří do nejzáhadnější skupiny Ia, o kterých toho stále ještě dost nevíme. Obecně je přijímána představa, že vznikají ve dvojhvězdách, kdy jedna složka se stane bílým trpaslíkem, zatímco druhá je ve stádiu rudého obra. Během vývoje na sebe trpaslík z druhé hvězdy postupně přetáhne velké množství hmoty, až nakonec dojde k termojaderné syntéze a vnitřek hvězdy vzplane plamenem, který podzvukovou rychlostí prohořívá (tzv. deflagrační plamen) a zapaluje postupně vyšší vrstvy. Ten se po pár sekundách za nejasných okolností urychlí na supersonickou rychlost (dojde k detonaci) a celá hvězda je v pár okamžicích zničena.

Sci-fi fanouškové dostanou přibližnou představu procesu, když si pustí výbuch Hvězdy Smrti po zásahu centrálního reaktoru protonovým torpédem Luka Skywalkera, v praxi je však výbuch supernovy mnohem mohutnější. Naráz uvolněná energie je tak velká, že svítivost supernovy překročí svítivost celé mateřské galaxie.

Jelikož ale k zapálení plamene dojde vždy v okamžiku, kdy má hvězda konkrétní hmotnost (je na tzv. Chandrasekharově mezi), jsou výbuchy supernov typu Ia přibližně stejně silné (nejsilnější ze všech výbuchů supernov) a proto mají velký význam jako standardní svíčky umožňující určovat vzdálenosti ve vesmíru na velkých škálách. Na supernovách typu Ia je postavena většina našich představ o vesmíru a jeho struktuře a mnoho lidí se domnívá, že se v nich ukrývá vyřešení záhady temné hmoty a temné energie. Ta je dnes hlavním úkolem současné astrofyziky a významným důvodem stavby gigantických dalekohledů i obřích urychlovačů částic.

Proto je klíčový fakt, že jsme schopni pozorovat supernovu tak těsně po jejím výbuchu i středními dalekohledy. Samozřejmě, že ty největší dalekohledy a kosmické observatoře již dostávají v těchto dnech příkazy ke změně dlouhodobě plánových pozorovacích programů (aktivují se tzv. TOO = Target of Opportunity scénáře) a mnoho astronomů i teoretiků bude mít řadu týdnů špatný spánek. První se nevyspí při snaze pořídit co nejvíce pozorovacích dat a ti druzí ze strachu, že tak detailní pozorování odhalí závažnou slabinu v současných teoriích. Pokud by se totiž dosud platný scénář exploze supernov typu Ia nepotvrdil, znamenalo by to zásadní změnu našich současných představ o rozměrech vesmíru a dosud uznávané kosmologické scénáře by se musely opět revidovat.

Poděkování: Děkujeme A. Aret za poskytnutí části jejího pozorovacího času.

Převzato ze stránek Astronomického ústavu AV ČR