2013 szeptember: Kozmikus katasztrófák (2. rész) | MCSE

2013 szeptember: Kozmikus katasztrófák (2. rész)

A cikk első részében áttekintettük az I-es típus legfontosabb képviselőjét, az Ia típusú robbanást. Ezek a szupernóvák fehér törpékből keletkeznek, melyekben a termonukleáris égés szabályozatlanul zajlik. Az I-es típusú robbanás a legfőbb jellemzője, hogy a színképben nem találhatók meg a hidrogén vonalai. Ugyanakkor az Ia típusú robbanásnál nagyon erősen jelen vannak a szilícium vonalai, mely az Ib/c típusra viszont egyáltalán nem jellemzők. Ez a két típus viszont kis mértékben, de különbözik egymástól. Az Ib típusban megjelennek a hélium vonalai, míg az Ic típusban nagyon gyengén, vagy egyáltalán nem. Ebben a cikkben ezt a két altípust, illetve a II-es típusra és ennek az altípusra jellemző megfigyeléseket vesszük sorra.

De mindezek előtt ejtsünk pár szót a szupernóvatípusok előfordulásáról. Az Ia típusú szupernóva bármilyen galaxisban előfordulhat, legyen az elliptikus, spirál vagy irreguláris galaxis. Ám ez a típus nem fordul elő a galaxisok spirálkarjaiban. II-es típusú szupernóva viszont elliptikus galaxisban sosem fordul elő, legtöbbjük a spirálgalaxisok spirálkarjaiban robban. Ebből arra következtethetünk, hogy ezek fiatal csillagok, hiszen a galaxisok spirálkarjaiban erőteljes csillagkeletkezés zajlik, ezért ezek nagy tömegű csillagokból keletkeznek. Az Ib és Ic típusú robbanások is spirálkarokban figyelhetők meg, hasonlóan a II-es típushoz. Vagyis ezen szupernóvák is nagy tömegű csillagokból keletkeznek. Ezek a szupernóvák 8-20-szoros naptömegű kezdeti tömegű csillagokból alakulnak ki, minden esetben egy vasmagból.

Egy II-es típusú szupernóva-robbanás, ami 2005-ben villant fel az M51-ben. 

Ez a vasmag kétféleképpen jöhet létre, egyrészt az elemek fúziója révén, másrész egy sokkal bonyolultabb folyamaton keresztül. A 8-12 naptömegnyi csillagok magjában oxigén, neon és magnézium található a szén égéséből termékeként. A mag viszont nem képes annyira felmelegedni, hogy beindulhasson az oxigén fúziója, ezért a mag elkezd összehúzódni. Ám a kvantumnyomás még azelőtt megállítja az összehúzódást, hogy beindulna a fúzió. A neon- és magnézium-mag képes elektront elnyelni, aminek következtében alacsonyabb rendszámú elemek keletkeznek. Ez a folyamat viszont csökkenti azon elektronok számát, amelyek a kvantumnyomást fenntartják, a mag végül azelőtt összeomlik, még mielőtt bármilyen fúzió megkezdődhetett volna. Az összeomlás alatt a visszamaradó anyagok vassá alakulnak. Ennek a vasmagnak az összeomlását látjuk szupernóva-robbanásnak, amely egy neutroncsillagot vagy fekete lyukat eredményez.

A vasmag összeomlásakor az atommag protonjai elektronbefogadás során neutronokká alakulnak, miközben egy neutrínó keletkezik. Ez a folyamat megteremti a neutroncsillag kialakulásához szükséges feltételeket. Mivel minden egyes neutron keletkezésekor egy neutrínó is keletkezik, a folyamat végére hatalmas mennyiségű neutrínót kapunk. A probléma a neutrínókkal az, hogy az összeomlás végén nagyon sok energiát visznek el abból az energiából, ami az összeomlás során keletkezett. Ha az így keletkezett energia 99%-a elvész, akkor a maradék 1% elegendő a robbanás létrejöttéhez. Ha az energia 99,9%-át viszik el a neutrínók, akkor a maradék már nem elegendő a robbanás létrejöttéhez, az egész rendszer fekete lyukká zsugorodik.

Két mechanizmus azonban meg képes fordítani a vasmag zsugorodását, szupernóva-robbanást eredményezve. Az egyik ilyen folyamatot magvisszalökődésnek hívjuk. Ekkor az újonnan kialakult neutroncsillagból egy lökéshullám indul el a mag felé zuhanó anyagon keresztül. A lökéshullám veszít az energiájából a neutrínók miatt, valamint ennek a lökéshullámnak kell a bezuhanó vasat neutronokra és más részecskékre bontani. Elegendő energia hiányában ez a lökéshullám megtorpanhat még azelőtt, hogy a csillag külső anyagrétegeit elérte volna. A bezuhanó anyag ezen az álló lökéshullámon át tud haladni, amíg annyi anyag nem rakódik rá a neutroncsillagra, hogy fekete lyukká préselődik össze.

Az SN1987A jelű szupernóva maradványa a Hubble űrtávcső felvételén.  

A másik folyamat a neutrínókkal kapcsolatos. Egy neutrínó a normál anyagra nézve szinte teljesen átlátszó, mivel ezek a részecskék csak a gyengén lépnek kölcsönhatásba az anyaggal. A neutroncsillag sűrűsége viszont az atommag sűrűségével vetekszik, emiatt a neutrínók számára majdnem teljesen átlátszatlan. Az összeomlás során keletkezett neutrínók egy része elnyelődik a lökéshullám mögött elhelyezkedő anyagban. A neutrínók által hordozott kis hő felhalmozódása elegendő lehet a lökéshullám megindítására, ezzel előidézve a robbanást.

Egy tipikus II típusú robbanás fénygörbéje egy-két hetes időtartamú emelkedést mutat, amit egy egy-két hónapig tartó időszak követ, amikor a fénykibocsátás állandó marad. Ezután fényessége hirtelen zuhan, majd hónapokig tartó lassú lecsengés mutatkozik. Az Ib típus maximumfényességénél megjelennek a hélium vonalai, míg az Ic típusnál ez alig vagy egyáltalán nem figyelhető meg. Később viszont megjelennek az oxigén, a kalcium és a magnézium vonalai, a szilícium vonalai viszont alig, vagy egyáltalán nem, ami az Ia típus fő jellemzője. Ennek a két altípusnak a fénygörbéje nagyon hasonló az Ia típusú fénygörbéjéhez, viszont sokkal kisebb csúcsfényességet érnek el.

{mosimage}

A II-es típusú szupernóva-robbanás két altípusúra, a II-P-re illetve a II-L-re jellemző fényváltozás követhető nyomon az idő függvényében. 

A szupernóváknál jóval kisebb energiafelszabadulással járó események az úgynevezett nóvarobbanások. Hasonlóan az Ia típusú szupernóva-robbanásokhoz, a nóvajelenség is kettős rendszerben következik be. A következő hónapban ennek a jelenségnek a természetét nézzük meg. Ennek a témának az aktualitását egy augusztus 15-én felfedezett szabadszemes nóvacsillag adja (Nova Delphini 2013), melyet egy japán amatőr, Koichi Itagaki fedezett fel a Delfin csillagképben.