Detekována nejsvítivější supernova ve vesmíru

Přehlídka ASAS-SN (All Sky Automated Survey for Supernovae) řízená z Ohio State University v USA, ve spolupráci s astronomy v Číně a Chile, skenuje každých několik dnů pomocí soustavy 14cm refraktorů a citlivých CCD kamer celou jižní a severní oblohu a hledá nové objekty (tzv. tranzienty). ASAS-SN objevuje novou supernovu jasnější 17 magnitudy průměrně zhruba každé dva dny. Ovšem kandidát ASAS-SN15lh, který 14. června 2015 objevili Subo Dong, Ben Shappee, Jose Prieto, Kris Stanek a další členové kolektivu, vzbudil velký zájem. Spektroskopickým sledováním z různých teleskopů bylo záhy jasné, že ASAS-SN15lh patří do kategorie vzácných super-svítivých supernov (SLSN – super-luminous supernovae). Jak takováto vzplanutí vznikají? To se vědci snaží osvětlit.

Supernova - zánik masivní hvězdy

Ke konci svého života vytvoří masivní hvězdy s počáteční hmotností vyšší než asi 8 Sluncí ve svém středu železné jádro o hmotnosti přibližně 1.5 Slunce a rozměrech Země. Když dosáhne železné jádro kritické hmotnosti, zkolabuje během zlomku sekundy do neutronové hvězdy o velikosti cca 10 km. Tím se uvolní velké množství gravitační potenciální energie (přesněji cca 3x10⁵³ ergů, 1 erg = 10^-7 J, což je mnohonásobně víc než vyzáří Slunce během svého života). Nastává mimořádně energetické vzplanutí známé jako supernova [1].

U obyčejných supernov je většina této energie přeměněna na neutrina, jejichž malá část je dosud ne plně objasněným způsobem absorbována hvězdou a způsobí tak explozi supernovy. Typické kinetické energie běžných supernov jsou asi 10⁵¹ ergů, ale celkové množství vyzářené energie je asi stokrát menší. Důvod je ten, že obálka hvězdy vyvržená supernovou se musí nejprve dostatečně rozepnout, aby mohla efektivně svítit, a toto rozpínání spotřebuje většinu energie supernovy. Výbuch běžné supernovy vytvoří také několik setin či desetin hmotnosti Slunce radioaktivního niklu, jehož pozdější rozpad a s tím spojené uvolňování energie ovlivňuje pozorovanou svítivost.

Super svítivé supernovy - ještě stokrát svítivější

Během posledních několika málo let začali vědci postupně odkrývat bohatost pozorovatelných projevů supernov, které ukončují život hmotných hvězd. Jedním z objevů je i kategorie super-svítivých supernov, jejichž celková vyzářená energie dosahuje i více než 10⁵¹ ergů a jsou tak asi stokrát svítivější než běžné supernovy. Je tedy zjevné, že modely běžných supernov jsou naprosto nedostatečné pro vysvětlení SLSN.

Mezi několik alternativních modelů SLSN patří kolaps hvězd více než stokrát hmotnější než Slunce, což může mít za následek vytvoření až několika desítek slunečních hmotností radioaktivního niklu, nebo přeměna rotační energie rychle rotující neutronové hvězdy s velmi silným magnetickým polem (tzv. magnetar) na záření. Ve druhém případě by byly SLSN potenciální příbuzné jasným zábleskům záření gamma.

ASAS-SN15lh: vzácný exemplář?

Celková vyzářená energie ASAS-SN15lh však dělá problémy všem těmto modelům. Pozorované chování supernovy, především pak celková vyzářená energie 1,1x10⁵² ergů, by vyžadovalo přítomnost více než 30 hmotností Slunce radioaktivního niklu, což je obtížně dosažitelné. Maximální reálně dosažitelná rotační energie neutronové hvězdy je cca 3x10⁵² ergů, z čehož je možné v optimálním případě vyzářit cca třetinu, tedy 10⁵² ergů. A to je přibližně množství energie pozorované v případě ASAS-SN15lh. Pokud se model magnetaru potvrdí, svítivější supernova než ASAS-SN15lh tak nejspíš ve vesmíru vůbec nemůže existovat. Vědci tak patrně pozorovali nejsvítivější supernovu vůbec!

Rozuzlení zapeklitého problému ASAS-SN15lh a i jiných záhad v oboru supernov a hmotných hvězd snad přinesou další pozorování a důvtipnější teoretické modely. Tohoto výzkumu se však může zúčastnit každý! Přehlídka ASAS-SN zveřejňuje všechny své kandidáty volně online a mnoho potvrzujících pozorování poskytují amatérští astronomové se CCD kamerou a dalekohledem o velikosti několik desítek centimetrů. Ostatně mnoho z nich je spoluautory studie o ASAS-SN15lh.

Poznámky:

[1] Podle fyzikálního mechanizmu výbuchu dělíme supernovy na dva typy, jejichž výsledkem je relativně podobný průběh svítivosti a kinetická energie výbuchu. Termonukleární supernovy nastávají v bílých trpaslících a používají se pro měření kosmologických vzdáleností. Druhý typ supernov je spojen se závěrečnými fázemi vývoje hmotných hvězd, jak je popsáno v hlavním textu. Spektroskopicky se supernovy dělí na typ I (absence vodíku ve spektru) a typ II (vodík je ve spektru přítomen). Oba typy se ještě dělí na podtypy podle přítomností prvků jako hélium a křemík, tvaru spektrálních čar a tvaru světelné křivky. Termonukleární supernovy jsou výhradně spektroskopického typu Ia (absence vodíku a hélia, přítomnost křemíku), zatímco supernovy z hmotných hvězd mohou být typu I i II, přičemž křemík ve spektru obecně chybí. ASAS-SN15lh nevykazuje ve spektru vodík, ale díky podobnosti s jinými známými objekty je spojována s hmotnými hvězdami.

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Původní publikace na Science.sciencemag.org
[2] Projekt ASAS-SN