Mrtvé hvězdy odmítají zhasnout: Chandra odhalila galaxii plnou mihotajících se pozůstatků supernov

Po desetiletí nás učebnice učily, že pozůstatky explodovaných hvězd pomalu a předvídatelně chladnou po tisíce let. Jenže nová pečlivá analýza 14 let archivních dat z rentgenové observatoře NASA Chandra odhalila mnohem chaotičtější realitu. V nedaleké spirální galaxii Messier 83 (M83), známé také jako Jižní větrník, jedna skupina pozůstatků supernov tiše hasnout odmítá. Místo toho v rentgenovém světle dramaticky mihotá v řádu pouhých několika let.

Ohňostroj v hlubinách jižního nebe

Aby astronomové vytvořili základní představu o tom, jak se pozůstatky supernov vyvíjejí, zaměřili dalekohled Chandra na M83, velkolepou spirální galaxii vzdálenou asi 15 milionů světelných let, a to při pozorováních mezi lety 2000 a 2014 . Tým sledoval 22 rentgenových zdrojů, které byly dříve identifikovány jako pozůstatky supernov, a učinil překvapivý objev: přibližně polovina z nich vykazovala významné a neočekávané změny v rentgenové jasnosti .

"Věděli jsme, že jednotlivé rentgenové zdroje se mohou dramaticky měnit, ale zjištění, že to dělá tolik pozůstatků supernov, nás opravdu zaskočilo," uvedla Andrea Prestwichová, astronomka z Katolické univerzity Ameriky a spoluautorka studie publikované v časopise The Astrophysical Journal .

Právě tento vysoký podíl – zhruba 11 z 22 – činí objev tak převratným. Není to jeden osamocený objekt porušující pravidla, ale rozšířené chování, které si vynucuje přezkoumání standardního evolučního modelu pro hvězdné pozůstatky .

Proč „mrtvé“ hvězdy stále vzplanou?

Tým identifikoval dva hlavní, a potenciálně souběžné, mechanismy, které by mohly být příčinou nepravidelného rentgenového mihotání .

1. Přeživší průvodní hvězda

Preferovaným vysvětlením je, že mnohé z těchto pozůstatků supernov hostí přeživšího. Většina hmotných hvězd existuje v binárních (dvojhvězdných) systémech. Když ta hmotnější vybuchne jako supernova, může po ní zůstat černá díra nebo neutronová hvězda. Pokud explozi průvodní hvězda přežije, může se ocitnout uzamčena na těsné oběžné dráze kolem nového kompaktního objektu. Intenzivní gravitace černé díry nebo neutronové hvězdy pak začne stahovat materiál z povrchu průvodce. Tento proces, známý jako akrece, zahřívá padající plyn na miliony stupňů a produkuje silné a proměnlivé rentgenové záření, jehož intenzita zcela závisí na rychlosti akrece .

2. Kosmická recyklace: Zpětná akrece

Alternativní scénář obrací situaci naruby. Namísto krádeže plynu od průvodce může centrální kompaktní objekt „recyklovat“ svůj vlastní materiál. Astronom Roy Kilgard, další spoluautor studie, popsal tuto možnost jako trosky z exploze padající zpět na objekt, který supernova stvořila . Tato „zpětná akrece“ by mohla také způsobovat pozorované zjasňování a slábnutí, jelikož materiál zachycený černou dírou či neutronovou hvězdou je zahříván na teploty, při nichž vyzařuje rentgenové záření.

Alespoň jeden pozůstatek ve vzorku, SN 1957D, má jednodušší vysvětlení. Tento pozůstatek, poprvé pozorovaný před téměř 70 lety, pravděpodobně zjasňuje proto, že jeho vysoce rychlostní ejekta naráží do okolního mezihvězdného materiálu a mění kinetickou energii na teplo .

Tento fenomén dlouhodobé proměnlivosti pozůstatků nemusí být jedinečný pro M83. Počáteční následná pozorování Vírové galaxie (M51) odhalila podobnou populaci proměnných pozůstatků, což naznačuje, že toto chování by mohlo být běžným, a dosud přehlíženým, rysem galaxií s aktivní tvorbou hvězd .

Nová prskavka poblíž černé díry v Mléčné dráze

V rámci samostatného výzkumu namířil jiný tým astronomů dalekohledy Chandra a XMM-Newton Evropské kosmické agentury (ESA) do turbulentního centra naší vlastní galaxie. Jejich cílem byla oblast Sagittarius C (Sgr C), hustá hvězdotvorná oblast vzdálená jen 26 000 světelných let od Země – z kosmologického hlediska hned za rohem od supermasivní černé díry Sagittarius A* .

Uvnitř Sgr C identifikovali výraznou „skvrnu“ rentgenového záření usazenou uvnitř větší bubliny ionizovaného vodíku, která obklopuje mladou, hmotnou hvězdu . Pokud by se potvrdilo, že jde o pozůstatek supernovy, byl by to jeden z nejbližších takových objektů, jaké kdy byly nalezeny poblíž centrální černé díry Mléčné dráhy . Data naznačují, že vyvržený hvězdný materiál expanduje rychlostí zhruba 3,2 milionu kilometrů za hodinu a že k původní explozi došlo přibližně před pouhými 1 700 lety .

Objev byl umožněn kombinací rentgenových snímků s vysokým rozlišením z Chandry a XMM-Newtonu, doplněných o radiová data ze soustavy dalekohledů MeerKAT v Jihoafrické republice a optická data z přehlídky Pan-STARRS . Tento nález nabízí vzácnou příležitost studovat životní cyklus hvězd v tom nejextrémnějším prostředí naší Galaxie.