Jak eksplodują największe gwiazdy? Tytanowe bąbelki z eksplozjami wyzwalają Titanica

• Astronomowie wykorzystali Chandrę do odkrycia ważnego rodzaju tytanu w pozostałościach Cas A.
• Oczekuje się, że tytan ten utworzy się w postaci bąbelków, które doprowadzą do eksplozji masywnej gwiazdy po wyczerpaniu jej paliwa i eksplozji do wewnątrz.
• Wykrywanie takiego tytanu zapewnia solidne wsparcie dla klasy eksplozji supernowych, które badano w symulacjach komputerowych.
• Wynik wykorzystuje 18 dni czasu obserwacji Chandry dla Cas A między 2000 a 2018 rokiem.

Astrolodzy go używają NASAObserwatorium rentgenowskie Chandra ogłosiło odkrycie ważnego rodzaju tytanu, wraz z innymi pierwiastkami, wystrzelonego ze środka pozostałości po supernowej Cassiopeia A (Cas A). To nowe odkrycie może być ważnym krokiem w zrozumieniu, w jaki sposób eksplodują niektóre z najbardziej masywnych gwiazd.

Różne kolory na tym nowym zdjęciu przedstawiają głównie pierwiastki odkryte przez Chandrę w Cas A: żelazo (pomarańczowy), tlen (fioletowy) i ilość krzemu w porównaniu z magnezem (zielony). Tytan (jasnoniebieski) wcześniej wykryty przez teleskop Nostar NASA został również pokazany przy wyższych energiach promieniowania rentgenowskiego. Te dane rentgenowskie z Chandra i NuSTAR zostały pokryte na obrazie fotogrametrycznym Kosmiczny teleskop Hubble (Żółty).

Kiedy wyczerpuje się źródło energii jądrowej masywnej gwiazdy, środek zapada się pod wpływem grawitacji i tworzy gęsty rdzeń gwiazdy zwany gwiazdą neutronową lub często czarną dziurę. Gdy Gwiazda neutronowa Tworzy się wewnątrz zapadającej się masywnej gwiazdy, odbijając się od powierzchni jądra gwiazdy, odwracając jego wewnętrzne zapadanie się.

Ciepło z tego katastrofalnego zdarzenia wytwarza falę uderzeniową – podobną do fali dźwiękowej z samolotu hipersonicznego – która jest wyrzucana na zewnątrz przez resztę skazanej gwiazdy, wytwarzając nowe pierwiastki w wyniku reakcji jądrowych w miarę jej postępu. Jednak w wielu komputerowych modelach tego procesu energia jest gwałtownie tracona, a podróż fali uderzeniowej na zewnątrz zostaje zatrzymana, co zapobiega wybuchowi supernowej.

Współczesne symulacje komputerowe 3D wskazują, że neutrina – cząstki subatomowe o ekstremalnie małej masie – zostały stworzone do formowania bąbelków paliwa dla gwiazdy neutronowej, która szybko oddala się od centrum wybuchu. Te bąbelki nadal napędzają falę uderzeniową, powodując eksplozję supernowej.

To nowe badanie Chandra wskazuje, że struktury w kształcie palców skierowane z dala od miejsca wybuchu, w prawym dolnym rogu, zawierają tytan i chrom, a także szczątki żelaza, które wyglądają na pomarańczowe. Tytan znaleziony przez Chandrę jest stabilnym izotopem pierwiastka, co oznacza, że ​​liczba neutronów zawartych w jego atomach oznacza, że ​​nie jest on zmieniany przez radioaktywność na inny, lżejszy pierwiastek. Tytan wykryty wcześniej w Cas A za pomocą NuSTAR jest niestabilnym izotopem, który przez 60 lat zamienia się w skand, a następnie wapń. Znaleziony stabilny izotop tytanu Chandra nie jest pokazany na rysunku.

Warunki wymagane do wytworzenia stabilnego chromu i tytanu w reakcjach jądrowych, takie jak temperatura i gęstość, odpowiadają warunkom pęcherzyków w symulacji 3D, która napędza eksplozje.

To nowe badanie mocno popiera ideę eksplozji wywołanej neutrinami, aby wyjaśnić przynajmniej niektóre supernowe.

Cas A jest jedną z najmniejszych znanych pozostałości po supernowych w naszej galaktyce oddalonej o około 11 000 lat świetlnych od Ziemi i ma około 350 lat. Astronomowie wykorzystali ponad półtora miliona sekund lub ponad 18 dni czasu obserwacji Chandry z Cas A między 2000 a 2018 rokiem do przeprowadzenia tych badań.

Artykuł opisujący te odkrycia ukazał się w Nature z 22 kwietnia 2021 roku. Autorami tego artykułu są Toshiki Sato (Uniwersytet Rikkyo w Japonii), Kichi Maeda (Uniwersytet Kioto w Japonii), Shijhiro Nagatake (Grupa RIKEN ds. Pionierskich badań w Japonii), Takashi Yoshida (Uniwersytet w Kioto), Brian Griffinstate (California Institute of Technology ) w Pasadenie), Brian J. Williams (NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt, MD), Hideyuki Umeda (Toiko University), Masumi Ono (pionierska grupa badawcza RIKEN w Japonii), Jack Hughes (Rutgers University w Piscataway, NJ).

Centrum Lotów Kosmicznych Marshalla NASA prowadzi program Chandra. Ośrodek Chandra X-ray Center należący do Smithsonian Observatory kontroluje badania naukowe z Cambridge w stanie Massachusetts oraz operacje lotnicze z Burlington w stanie Massachusetts.