Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 37 – vyšlo 8. prosince, ročník 4 (2006) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

37/2006

Spitzerův dalekohled našel slupkovou strukturu umírající hvězdy

David Břeň

Objekt Cassiopeia ACas A – zbytek po explozi supernovy v souhvězdí Kasiopeji. Světlo z exploze dolétlo na Zemi přibližně v roce 1670, tehdy však supernovu nikdo nepozoroval. Možná jde o objekt z roku 1680, pozorovaný jako hvězda. Pozůstatek je vzdálený 9 100 světelných roků a září ve všech oborech spektra. Je cílem intenzivního vědeckého výzkumu, neboť jde o relativně mladou a blízkou supernovu a rozmetaná obálka nese ještě mnoho informací o původní hvězdě. je zbytkem po explozi supernovy z období před 300 lety. V posledních letech je intenzivně zkoumán v celém rozsahu spektra. Známé jsou jak rentgenové snímky ze sondy ChandraChandra – družicová observatoř NASA zkoumající vesmír v rentgenovém oboru. Byla vypuštěna v roce 1999. Na palubě observatoře je rentgenový dalekohled o průměru 1,2 m a ohniskové vzdálenosti 10,05 m, tvořený čtyřmi soubory souosých paraboloidně-hyperboloidních zrcadel o délce 0,85 m, se zorným polem o průměru 1,0° a s rozlišením 0,5″., tak snímky ze Spitzerova vesmírného dalekohleduSST (Spitzer Space Telescope) – Spitzerův vesmírný dalekohled. Kosmická observatoř NASA pracující v infračerveném oboru, která byla vynesena na oběžnou dráhu v srpnu 2003 nosnou raketou Delta 7920H ELV. Zrcadlo má průměr 85 cm. Přístroje byly chlazeny kapalným heliem na teplotu 5,5 K do roku 2009. Pozorovací spektrální rozsah byl v období chlazení 3÷180 μm. Od roku 2009 pracuje dalekohled v „teplém“ režimu – teplota celého dalekohledu je cca 30 K a  pracuje jen přístroj IRAS na vlnových délkách 3,6 μm a 4,5 μm. Program observatoře má na starosti California Institute of Technology. v infračervené oblasti. Analýza snímků SST z nedávné doby ukázala, že zbytky po výbuchu tvoří jakousi cibulovitou pravidelnou strukturu. Je to poprvé, co byly pozorovány podobné části cibulovité struktury po výbuchu hvězdy. Zdá se, že hvězdná exploze není natolik chaotický proces, který promíchá zbytky hvězdy do jedné ohromné hromady kaše.

Poloha objektu Cas A na obloze, Zleva je žlutými spojnicemi označen Velký vůz,
Malý vůz, Kefeus a Kasiopeja.

SST (Spitzer Space Telescope) – Spitzerův vesmírný dalekohled. Kosmická observatoř NASA pracující v infračerveném oboru, která byla vynesena na oběžnou dráhu v srpnu 2003 nosnou raketou Delta 7920H ELV. Zrcadlo má průměr 85 cm. Přístroje byly chlazeny kapalným heliem na teplotu 5,5 K do roku 2009. Pozorovací spektrální rozsah byl v období chlazení 3÷180 μm. Od roku 2009 pracuje dalekohled v „teplém“ režimu – teplota celého dalekohledu je cca 30 K a  pracuje jen přístroj IRAS na vlnových délkách 3,6 μm a 4,5 μm. Program observatoře má na starosti California Institute of Technology. Cas A – zbytek po explozi supernovy v souhvězdí Kasiopeji. Světlo z exploze dolétlo na Zemi přibližně v roce 1670, tehdy však supernovu nikdo nepozoroval. Možná jde o objekt z roku 1680, pozorovaný jako hvězda. Pozůstatek je vzdálený 9 100 světelných roků a září ve všech oborech spektra. Je cílem intenzivního vědeckého výzkumu, neboť jde o relativně mladou a blízkou supernovu a rozmetaná obálka nese ještě mnoho informací o původní hvězdě.

Původní hvězda byla asi 15 až 20× hmotnější než Slunce a svůj život ukončila kataklyzmatickou explozí relativně nedávno a navíc v blízké části Mléčné dráhy. Podobně jako všechny hmotné hvězdy byla i Cas A úhledně urovnaná do soustředných vrstev složených z různých prvků. Vnější hvězdné vrstvy jsou tvořeny z lehčích prvků, jako je vodík, střední vrstvy jsou tvořeny z prvků těžších, například neonu a jádro je odkladiště nejtěžších prvků, jako je železo.

Co se ale děje, když hvězdy jako byla Cas ACas A – zbytek po explozi supernovy v souhvězdí Kasiopeji. Světlo z exploze dolétlo na Zemi přibližně v roce 1670, tehdy však supernovu nikdo nepozoroval. Možná jde o objekt z roku 1680, pozorovaný jako hvězda. Pozůstatek je vzdálený 9 100 světelných roků a září ve všech oborech spektra. Je cílem intenzivního vědeckého výzkumu, neboť jde o relativně mladou a blízkou supernovu a rozmetaná obálka nese ještě mnoho informací o původní hvězdě., ukončí svůj život v ohromné explozi, dosud vědci přesně nevěděli. Jednou z možností bylo, že při hvězdných explozích, které probíhají víceméně podobně, expandují vrstvy tvořící původní hvězdu postupně do okolí. Předchozí pozorování naznačovala takovéto představy, ale ty přece jen nebyly zdaleka potvrzeny a ve znalostech zbývaly ohromné mezery.

Tuto hádanku, zdá se, je Spitzerův dalekohled schopen rozluštit. Rekonstrukce průběhu hvězdné exploze, na které se podíleli odborníci z Minnesotské univerzity a z NASANASA – National Aeronautics and Space Administration, americký Národní úřad pro letectví a kosmonautiku, byl založen prezidentem Eisenhowerem 29. července 1958. Jde o instituci zodpovědnou za kosmický program USA a dlouhodobý civilní i vojenský výzkum vesmíru. K nejznámějším projektům patří mise Apollo, která v roce 1969 vyvrcholila přistáním člověka na Měsíci, mise Pioneer, Voyager, Mars Global Surveyor a dlouhá řada dalších. ukazuje, že většina původních vrstev hvězdy se rozlétla do prostoru v postupném pořadí, ale s rozdílnými průměrnými rychlostmi, které závisí na tom, v jaké hloubce začaly expandovat.

Rozptylující se pozůstatky výbuchu supernovy Cassiopeia A zachycené Spitzerovým vesmírným dalekohledem.

Ilustrace hmotné hvězdy před a po kataklyzmatickém výbuchu supernovy. Spitzerův vesmírný dalekohled zpozoroval, že zbytky po výbuchu hvězdy si zachovávají pořadí, ve kterém byly ve hvězdě navrstvené. Zdroj: NASA/SST.

Co vlastně bylo pomocí Spitzerova dalekohledu pozorováno? Když se hvězdné vrstvy při výbuchu rozletí, narážejí do rázové vlny, kde jsou při průchodu stlačeny a zahřívají se. Materiál, který prošel rázovou vlnou dříve, měl více času na zahřátí a to až na teplotu, která vyzařuje viditelné světlo nebo dokonce RTG záření. Na druhou stranu materiál, který prošel rázovou vlnou později, je chladnější a září v infračervené oblasti. Proto dřívější měření a pozorování v rentgenovém a viditelném světle identifikovaly horké oblasti materiálu z vrstev, které byly vymrštěny rychle, ale zatím nebyly nikdy pozorovány chladnější ohromné oblasti, které se opožďují za ostatními. Spitzerovy infračervené detektory byly schopny odhalit chybějící dílek skládačky – plyn a prach vytvořený z materiálu středních vrstev, prvků neonu, kyslíku a hliníku.

Cassiopeia A je ideálním cílem ke studiu anatomie výbuchů supernov. Protože je mladá a relativně blízká, prochází svými posledními záchvěvy smrti pod bdělými pohledy mnoha dalekohledů. Během následujících několika století budou poslední zbytky výbuchu Cas A kompletně rozptýleny, roztroušeny a promíchány a důležité vodítko o tom, jak hvězda žila a zemřela, tak bude nenávratně ztracené.

První snímek pořízený rentgenovou observatoří Chandra (v roce 1999) byl právě pozůstatek po supernově Cas A. Přesně v centru snímku je jasný bodový objekt, který by mohl být neutronovou hvězdou zbylou po explozi. Zdroj NASA/Chandra.

Další rentgenový snímek z Chandry z roku 2002, který vznikl složením více snímků v nepravých barvách. Světlé uzlíky nalevo korespondují s oblastmi s malým obsahem železa, naopak červená vlákna na okraji jsou bohatá na železo a pocházejí pravděpodobně z hlubších vrstev původní hvězdy. Světle modrá oblast napravo je způsobena pohledem skrze prachovou oblast. Zdroj: John Hughes et al. (Rutgers), NASA / CXC / SAO.

Animace: Cas A

Animace začíná ještě před zánikem hvězdy, v jejímž řezu vidíme úhledně srovnané jednotlivé vrstvy. Spitzerův dalekohled vypozoroval fakt, že po výbuchu se všechny vrstvy rozletěly do všech stran, ale ne stejnými rychlostmi. Přesto se alespoň přibližně zachovalo pořadí jednotlivých vrstev hvězdy. Animace končí skutečným snímkem Cassiopeia A. Barevné vrstvy ukazují na různé prvky, které se šíří prostorem různými rychlostmi. (avi, 2 MB)

Odkazy