Obserwacje prowadzone były z niesamowitą konsekwencją od roku 2000, a efekt tej mrówczej pracy możemy teraz obejrzeć w zaledwie 40 sekund. Na nagraniu uchwycono, jak materia pozostała po wybuchu gwiazdy przemieszcza się w przestrzeni kosmicznej, zderzając z otaczającym ją gazem i pyłem. Mamy tu rzadką okazję, by przyjrzeć się dynamice zjawiska zachodzącego w odległości około 17 tysięcy lat świetlnych od nas, czyli praktycznie na naszym kosmicznym podwórku.
Gwiazda która zmieniła naukę
Kiedy w październiku 1604 roku Johannes Kepler dostrzegł na niebie nowy, jasny punkt w gwiazdozbiorze Wężownika, zapoczątkował jeden z najważniejszych rozdziałów w dziejach astronomii. Obiekt, nazwany później supernową Keplera, przez ponad trzy tygodnie świecił tak intensywnie, że był widoczny nawet w dzień. Jego pojawienie się stanowiło potężny cios dla ówczesnych, utrwalonych przez wieki przekonań. Dotychczas uważano, że sfera niebieska jest niezmienna i doskonała, a tu nagle pojawił się dowód, że gwiazdy mogą się rodzić i umierać. Po wybuchu pozostałość zniknęła z pola widzenia na stulecia, by ponownie trafić w sferę zainteresowań astronomów dopiero w 1941 roku, gdy technologia obserwacyjna na to pozwoliła.
Czytaj także: Kosmiczna zagadka rozwiązana. Ta gwiazda eksplodowała dwa razy, zanim zniknęła
Ćwierć wieku obserwacji w 40 sekund
Nieprzerwane śledzenie tego obiektu stało się możliwe dzięki teleskopowi Chandra, który od 2000 roku regularnie kieruje swoje „rentgenowskie oczy” w stronę pozostałości po supernowej. Najnowsza animacja łączy dane z lat 2000, 2004, 2006, 2014 oraz 2025, tworząc jak dotąd najdłuższy zapis tego typu w historii obserwatorium. Na nagraniu widać mglisty, niebieskawy pierścień z charakterystyczną, ukośną smugą. Jego dolna część wydaje się bardziej rozproszona i zwiewna, podczas gdy górna jest wyraźniejsza i jaśniejsza. Intensywne świecenie w paśmie rentgenowskim bierze się stąd, że materia została rozgrzana przez eksplozję do temperatur sięgających milionów stopni.
Analiza tego materiału ujawniła coś fascynującego – pozostałość rozszerza się nierównomiernie. Jej najszybsze fragmenty pędzą z zawrotną prędkością około 22 milionów kilometrów na godzinę (co stanowi około 2% prędkości światła) w kierunku dolnej części kadru. Z kolei najwolniejsze struktury przemieszczają się w przeciwnym kierunku z „zaledwie” 6,4 miliona km/h, czyli 0,5% prędkości światła. Ta dysproporcja nie jest przypadkowa i dużo mówi o otoczeniu, w którym doszło do wybuchu.
Gaz biały karzeł i kosmiczna chemia
Ogromna różnica w prędkościach wynika bezpośrednio z nierównomiernego rozkładu materii międzygwiazdowej. Pozostałość supernowej w górnej części obrazu napotyka na swojej drodze znacznie gęstszy gaz, co skutecznie spowalnia jej ekspansję. Dla astronomów to jak czytanie historii zapisanej w kosmicznym środowisku. Badacze przyjrzeli się również szerokości obrzeży fali uderzeniowej, czyli czoła eksplozji, które jako pierwsze zderza się z otaczającą materią.
Supernowa Keplera zalicza się do typu Ia, który ma specyficzny mechanizm powstawania. Do wybuchu dochodzi w układzie podwójnym, gdzie biały karzeł – mała, ale ekstremalnie gęsta martwa gwiazda – wysysa materię ze swojego towarzysza. Gdy przekroczy masę krytyczną, następuje gwałtowna, termojądrowa detonacja, rozrywająca gwiazdę na strzępy. Co ciekawe, podobny efekt może wywołać zderzenie dwóch białych karłów.
Te kosmiczne kataklizmy odgrywają kluczową rolę w kosmologii, służąc jako tzw. świece standardowe. Ponieważ każda supernowa typu Ia wybucha z bardzo podobną jasnością, astronomowie mogą na podstawie obserwowanej poświaty precyzyjnie obliczyć odległość do galaktyki, w której się znajduje. To właśnie dzięki ich badaniom w latach 90. odkryto, że ekspansja Wszechświata nie zwalnia, lecz przyspiesza – odkrycie nagrodzone Noblem.
Czytaj także: 1800 lat temu astronomowie zauważyli potężną eksplozję. Teraz supernowa została uwieczniona ze szczegółami
Kosmiczne fabryki pierwiastków
Eksplozje supernowych to coś znacznie więcej niż tylko widowiskowe spektakle na niebie. To fundamentalne procesy, bez których nie byłoby życia, jakie znamy. W ich żarzących się wnętrzach, w skrajnych warunkach ciśnienia i temperatury, syntetyzowane są ciężkie pierwiastki – od żelaza przez miedź po złoto i uran. Następnie są one wyrzucane w przestrzeń międzygwiazdową, stając się surowcem dla kolejnych pokoleń gwiazd, planet i… ostatecznie nas samych.
Jak podkreśla Brian Williams z Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda NASA, badanie tych procesów to tak naprawdę badanie naszej własnej historii. Pierwiastki, z których zbudowane są nasze ciała i nasza planeta, zostały kiedyś wykute w podobnych kosmicznych kataklizmach. Zespół kierowany przez Jessye Gassel z George Mason University zaprezentował te ustalenia na spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego, ale to nie koniec pracy. Analiza danych z Chandry wciąż trwa, a każde kolejne spojrzenie na pozostałość supernowej Keplera przybliża nas do lepszego zrozumienia, jak te gwałtowne zjawiska kształtują galaktyki i przygotowują grunt pod powstawanie nowych układów planetarnych.