A szupernóva-robbanások, ahogy a nevük is mutatja, egyáltalán nem békés események. Már a végső robbanás előtt is nagyon kaotikus képet fest a csillag, vagyis nem egyszerűen arról van szó, hogy egy hétköznapinak látszó égitest egyszer csak minden előjel nélkül felrobban. A probléma viszont az, hogy a szakértők sem teljesen biztosak abban, hogy mi történik ilyenkor.

Az a korábbi észlelésekből és a teoretikus modellekből világosnak tűnik, hogy egyes csillagokat anyag (cirkumsztelláris médium) vesz körül a robbanás idejére, de hogy ezt a csillag mikor és hogyan bocsátja ki magából, azt nehéz meghatározni. Egy közeli szupernóvának, az SN 2020fqv-nek és néhány gyorsan reagáló csillagásznak köszönhetően azonban egy nagy lépéssel közelebb kerültünk ezen kérdések megválaszolásához.

Jókor, jó helyen

Az SN 2020fqv egy II. típusú szupernóva, amely egy nagy tömegű csillagból keletkezett, miután az kifogyott a nukleáris üzemanyagból, és magja összeomlott. Ennek során óriási mennyiségű energia szabadult fel hirtelen, amely gyakorlatilag lehántotta a csillag külső rétegeit, kivetve azokat az űrbe. A csillag külsejének anyaga a fénysebesség tekintélyes hányadával kezdett távozni az összeomlott mag közeléből.

Jelenleg minden évben több ezer ilyen szupernóvát észlelnek a szakértők, az SN 2020fqv azonban több szempontból is kitűnik a tömegből. Egyrészt az NGC 4568 katalógusjelű galaxisban található, amely Virgo-halmaz, egy több ezer galaxist tartalmazó galaxishalmaz tagja, kozmikus léptékben egészen közel a Földhöz: mindössze 60 millió fényévre.

A TESS a fedési módszerrel kutat Naprendszeren kívüli planéták után, vagyis a csillagok fényét monitorozva olyan periodikus halványodásokat próbál detektálni, amelyeket a csillag korongja előtt átvonuló bolygó okozhat. Ennek érdekében hosszabban, illetve újra és újra megfigyeli az egyes égi területeket.

A küldetés jelen fázisában az űrtávcső például 30 percig figyelte a kérdéses régiót, és mivel a fényváltozásokra érzékeny, rögtön észlelte, az SN 2020fqv felfénylését. Ez ugyan nem bolygó, és nem is a saját galaxisunkban van, de robbanása igen feltűnő volt az adatokban. A szupernóvát egyébként elsőként a Zwicky Transient Facility nevű földi teleszkóppal detektálták, amely szintén változó fényességű objektumokat kutat az égen. Ez azonban ritkábban fotóz, míg a TESS gyors sorozatokat készít a megfigyelt régióról. Így az űrtávcső jelen esetben már a csillag első fényváltozásait, és a robbanás korai fázisait is rögzíteni tudta.

Villámgyors reakciók

Amikor a Zwicky kutatói riasztották a kollégákat, a csillagászok nagyon gyorsan reagáltak a hírre. Alig egy órával a szupernóva azonosítása után egy kutatócsoport felvette a kapcsolatot a Hubble űrtávcsövet felügyelő intézettel, hogy életbe léptessék egy korábban már jóváhagyott kutatási terv egyik záradékát. Ez lehetővé tette, hogy ha a közelben II. típusú szupernóva-robbanás történik, annak megfigyeléséhez amilyen gyorsan csak lehet, használhassák az űrtávcsövet.

Két és fél órával később beadták az új megfigyelési tervet, amit rendkívül gyorsan jóvá is hagytak.

Ez már önmagában is szinte hihetetlen, alapesetben ugyanis két hetet vesz igénybe, mire az űrtávcső rááll egy új célpontra. Ennél persze gyorsabb manőverezés is lehetséges, ahogy ebben az esetben is történt, de ezt csak akkor vetik be, ha nagyon indokolt, és komoly erőforrásokat igényel az irányítók részéről.

A gyorsaság jelen esetben kulcsfontosságú volt. Amikor egy csillag felrobban, külső rétegei rendkívüli sebességgel kezdenek távolodni. Ha bármilyen anyag van a csillag körül, a robbanáskor kirepülő sok-sok tonna anyag pár napon belül eléri azt. A cirkumsztelláris médium felfénylik, amikor beleütközik a nagy sebességű csillaganyag, és ennek a jelenségnek a megfigyelése feltárhatja, hogy mennyi anyag volt eredetileg a csillag körül, és milyen eloszlásban.

Ez jelen esetben fantasztikusan sikerült: a TESS és a Hubble észlelési adatai alapján a csillagászok képesek voltak felvázolni a csillag körüli anyageloszlást a szupernóva robbanása előtt. És ebből a csillag utolsó napjaira is következtetni tudtak.

Egy szupernóva anatómiája

Az égitest vélhetően 13,5–15 naptömegnyi volt. Ez meglehetősen nagy tömeget jelent, és minél nagyobb tömegű egy csillag, annál többet fogyaszt, és annál gyorsabban éli fel tartalékait. Vagyis a magjában lévő hidrogén először héliummá fuzionál, majd a héliumból szén és oxigén lesz, aztán jön a neon és a magnézium. Minden fázis egyre forróbb és gyorsabb, és mikor szilícium is elkezd fuzionálni, a teljes mag egyetlen nap alatt vassá alakul. Ezen a ponton a mag anyaga nem tud tovább fuzionálni plusz energia nélkül, amire a mag megtartásához is szükség lenne. A mag így összeomlik, hatalmas mennyiségű energia szabadul fel, és kész is a szupernóva.

A robbanás előtti időszakban a folyamatok java a magban történik, de a csillagászok feltételezték, hogy azért lehetnek felszínen is árulkodó jelei a változásoknak, például a ledobott anyag mennyiségében. A csillagok folyamatosan bocsátanak ki anyagot csillagszél formájában. Ennek az anyagnak a mennyisége a csillag normál életszakaszában évente nagyjából a Föld tömegének harmadát teszi ki egy ilyen tömegű csillagnál.

A kutatók modelljei szerint a csillag egy évvel a szupernóvává válás előtt intenzív anyagkibocsátásba kezdett, amely során egy nap alatt a Föld tömegének 200-szorosát vetette le magából kitörések formájában. Ez valószínűleg a magban levő oxigén instabil fúziójának következménye volt, amely nyomán nagy energiák érkeztek a külső rétegekbe, fokozva a csillagszelet.

Ez az anyag nem jutott messzire, mielőtt a csillag felrobbant, így felfénylése és tulajdonságai sikeres észlelését csak a gyors kutatók gyors reakciójának köszönhetjük. A szupernóva-robbanás nyomán a ledobott külső rétegek anyaga gyorsan beérte a korábban kibocsátott anyagburkot, amely annyira nagy tömegű, hogy az esemény fényessége 114 napig gyakorlatilag változatlan maradt. A csillag tényleges fényessége ebben az időszakban a becslések szerint a Nap fényességének egymilliárdszorosa lehetett, és ez az elképesztő fénykibocsátás majdnem négy hónapig tartott.

***

A szakértők még mindig elég keveset tudnak arról, hogy mi történik a nagytömegű csillagokkal felrobbanásuk előtt, és hogy az előzmények hogyan befolyásolják a szupernóva-robbanás lefolyását. Jelen esetben azonban az előzmények egy részét sikerült megfejteni. A mostani sikeres észlelést remélhetőleg sok hasonlóan „gyors reagálású” követi a közeljövőben, amelyek mindegyike képes lesz egy kicsit tovább árnyalni az összképet.