Úvodní strana  >  Články  >  Hvězdy  >  Výzkumy v ASU AV ČR (155): Prášící supernovy v rozpínajících se hvězdných obálkách

Výzkumy v ASU AV ČR (155): Prášící supernovy v rozpínajících se hvězdných obálkách

Tři momentky prostředí v simulaci výbuchu supernovy do rozpínající se bubliny horkého plynu. 2D řezy znázorňují hustotu plynu (horní panely), teplotu plynu (prostřední panely) a hustotu prachu (dolní panely). Momenty odpovídají času 2,8 milionu let vývoje hvězdného větru (levý sloupec) a pak 1500 let (prostřední sloupec) a 5000 let (pravý sloupec) po explozi. Je dobře patrné, že okolí obálky je výbuchem prakticky nepostihnuto, zatímco její vnitřek se vyplní prachem vyvrženým supernovou.
Autor: Richard Wünsch

Vliv supernov na chemické změny v mezihvězdném prostředí je neustále cílem aktivního výzkumu. Rozsáhlý tým, jehož členy byli i dva pracovníci Oddělení galaxií a planetárních systémů ASU, se zabýval bilancí, zda výbuch supernovy v rozpínající se obálce okolní prostředí o prach obohatí nebo zda naopak mohutný výbuch prach odpaří. 

Již z fyzikálního náhledu je zřejmé, že pokud se existujícím mezihvězdným prostředím šíří rázová vlna vyvolaná výbuchem supernovy, musí na hraně rázové vlny docházet k ničení prachových zrn původního mezihvězdného prostředí díky vypařování a jejich vzájemným srážkám. Naopak je také známo, že při výbuchu supernovy samotné se prachová zrna velmi intenzivně vytvářejí v hustém a relativně chladném plynu vyvrženém umírající hvězdou.

Numerické simulace i pozorování naznačují, že jejich značná část je schopna přežít i průchod zpětné rázové vlny šířící se do vyvržené hmoty při její srážce s okolním prostředím. Je tedy přirozené se ptát, jaká je celková bilance, tedy, zda  supernovy své bezprostřední okolí o prach obohacují, nebo jej naopak o prach připravují. 

Pozorování nedávají jednoznačné řešení: například data o supernovách ve Velkém Magellanově mračnu, naznačují, že zdejší supernovy jsou spíše prachovými ničiteli. Ovšem doposud není zřejmé, zda byla prachová zrna skutečně zničena, nebo zda byla pouze odsunuta rázovou vlnou do jiných míst mateřské galaxie. Jiní autoři poukazují na opomíjenou  skutečnost, že masivní hvězdy, které končí výbuchem supernovy, jsou zejména v pozdních fázích svého života obklopeny rozsáhlou rozpínající se bublinou vytvářenou velmi intenzivním hvězdným větrem, která shrne okolní plyn do tenké husté obálky. Na konci života hvězda neexploduje do statického rovnoměrného prostředí s určitým zastoupením prachu, ale do bubliny horkého řídkého plynu obklopené hustou chladnou obálkou. Již některé předchozí studie ukazovaly, že výsledek velmi závisí na poměru hmotnosti obálky a hmotnosti materiálu vyvrženého při výbuchu supernovy. Pokud je hmotnost obálky relativně malá, rázová vlna jí projde a dojde k destrukci prachových zrn v obálce a okolí. Naopak, pokud je obálka více hmotná, rázová vlna se od ní odrazí a uvnitř bubliny rychle zanikne, díky čemuž může podstatná část prachu přežít.

Tato problematika byla základem představované práce. Autoři, mezi nimi Richard Wünsch a Jan Palouš z ASU, s pomocí numerických simulací studovali vývoj rázové vlny vyvolané výbuchem supernovy v předem daném pozaďovém prostředí s určenými vlastnostmi. Autoři provedli několik různých výpočtů pro různé podmínky, aby získali lepší přehled o jevech, ke kterým v těchto situacích dochází. Protože simulace jsou velmi náročné na výpočetní čas i na výkonných počítačích, bylo nutno popis fyzikálních podmínek zjednodušit. Autoři sice vzali v úvahu například i vývoj hvězdy ve fázi před výbuchem supernovy, ale výbuch samotný (při němž by bylo nutné studovat dění s časovými krokem zlomků sekundy) reprezentovali jako okamžitou změnu, kdy se původní hvězda „proměnila“ v jisté množství energie a expandující materiál, jehož vlastnosti byly určeny podle dřívějších  prací. 

Jako testovací krok zvolili autoři explozi supernovy do homogenního prostředí a to hned dva různé případy lišící se hustotami, která v jednom případě dosahovala 1 cm−3 a v případě druhém 1000 cm−3. Modelový výbuch supernovy o původní hmotnosti 60 hmotností Slunce do prostředí vyvrhl 5,08 slunečních hmot plynu a 0,5 sluneční hmoty prachu. Při průchodu přímé i odražené zpětné vlny výpočtovou doménou o rozměru 10 pc (tento průchod trval kolem 6100 let) bylo celkově zničeno 1,2 slunečních hmot prachu z mezihvězdného prostředí a 0,16 slunečních hmot z prachu vyvrženého supernovou. V případě hustšího prostředí je bilance podobná, celkově je při průchodu obou vln zničeno celkově 2,35 slunečních hmot prachu. V případě výbuchu supernovy do homogenního prostředí jsou tedy supernovy zjevně spíše ničiteli než zdroji prachu. 

Zcela jiná je situace, pokud supernova vybuchne do prostředí rozpínající se obálky, jejímž původcem je předchůdce supernovy. Autoři opět studovali dva případy s různou charakteristickou hustotou okolního prostředí. V prvním případě se přímá rázová vlna a obálka hvězdného větru střetnou 3200 let po explozi supernovy. Srážka vyvolává zpětnou rázovou vlnu, která směřuje k centru výbuchu, kde se opět obrací a cestuje zpět. V tomto případě je hmotnost větrem hnané obálky dostatečná k tomu, aby byla rázová vlna ze supernovy efektivně zastavena a fakticky tak neovlivnila širší okolí. Situace je velmi podobná pro případ okolí s vyšší hustotou, rázová vlna je opět velmi efektivně tlumena. 

Z celkových součtů vyplývá, že z prachu vyvrženého supernovou je zničeno pouhých pět procent a k tomu jen 0,025 % prachu z okolního prostředí. Ze simulací je tak jasné, že masivní větrem hnané obálky představují pro rázovou vlnu pocházející od supernovy nepřekonatelnou bariéru a destrukce prachových zrn je v důsledku toho velmi neefektivní až zanedbatelná. 

Studie tedy přesvědčivě ukazuje, že supernovy jsou ve většině případů spíše zdroji prachu než jeho ničiteli. Tento závěr je v souladu s novými studiemi vlivu supernov na prach v Místní skupině galaxií. Z kosmologického hlediska  je tak možné, že právě supernovy byly hlavním zdrojem prachu v raném vesmíru. 

REFERENCE

S. Martínez-González, R. Wünsch a kol., Supernovae within Pre-existing Wind-blown Bubbles: Dust Injection versus Ambient Dust Destruction, Astrophysical Journal 887 (2019) article id. 198, preprint arXiv:1911.05079

KONTAKT

Mgr. Richard Wünsch, Ph. D. 
richard.wunsch@asu.cas.cz
Oddělení galaxií a planetárních systémů Astronomického ústavu AV ČR

 

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Oddělení galaxií a planetárních systémů ASU

Převzato: Astronomický ústav AV ČR, v. v. i.



O autorovi

Michal Švanda

Michal Švanda

Doc. Mgr. Michal Švanda, Ph. D., (*1980) pochází z městečka Ždírec nad Doubravou na Českomoravské vrchovině, avšak od studií přesídlil do Prahy a jejího okolí. Vystudoval astronomii a astrofyziku na MFF UK, kde poté dokončil též doktorské studium ve stejném oboru. Zabývá se sluneční fyzikou, zejména dynamickým děním ve sluneční atmosféře, podpovrchových vrstvách a helioseismologií a aktivitou jiných hvězd. Pracuje v Astronomickém ústavu Akademie věd ČR v Ondřejově a v Astronomickém ústavu Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy v Praze, kde se v roce 2016 habilitoval. V letech 2009-2011 působil v Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung v Katlenburg-Lindau v Německu. Astronomií, zprvu pozorovatelskou, posléze spíše „barovou“, za zabývá od svých deseti let. Před začátkem pracovní kariéry působil v organizačním týmu Letní astronomické expedice na hvězdárně v Úpici, z toho dva roky na pozici hlavního vedoucího. Kromě astronomie se zajímá o letadla, zejména ta s více než jedním motorem a řadou okýnek na každé straně. Více o autorovi na jeho webových stránkách svanda.astronomie.cz.

Štítky: Hvězdný vítr, Supernovy, Astronomický ústav AV ČR


9. vesmírný týden 2020

9. vesmírný týden 2020

Přehled událostí na obloze a v kosmonautice od 24. 2. do 1. 3. 2020. Měsíc je mezi novem a první čtvrtí. Večer máme na obloze velmi jasnou Venuši a také některé komety. Ráno je vidět nejlépe Mars, ale vylézá také Jupiter a Saturn. Česká firma S.A.B. Aerospace dokončila přípravy vypouštěcího zařízení – dispenzeru – družic, určeného pro raketu Vega. Před 200 lety se narodil americký astronom, objevitel komet, Lewis A. Swift.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

B150 - Mořský koník

Titul Česká astrofotografie měsíce za leden 2020 obdržel snímek „Mořský koník“, jehož autorem je Evžen Brunner   „Mořský koník“…. kde bychom jej asi měli hledat? Samozřejmě náš první pohled nejspíš zamíří opravdu kamsi do mořských hlubin. A při troše štěstí jej tam uvidíme. Spatřit

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

Z okna

Foceno ve 3:45 z okna

Další informace »