Felrobbanó csillagok formálhatták a korai Univerzumot

Felrobbanó csillagok formálhatták a korai Univerzumot

2025 február 03
| Szerző: Ujhelyi Borbála, Kutatási asszisztens
A kozmosz látványosan ragyogó meglepetései a szupernóva-robbanások. Ezek a nagy erejű, jelentős fényességnövekedéssel járó robbanások nagy tömegű csillagok halálát jelzik.

A csillagászok nemrég felfedezték az egyik legrégebbi szupernóvát, és kiderült, hogy ezek a felrobbant csillagok hozzájárulhattak a fiatal Világegyetem gazdagodásához.

Egy korai szupernóva

Az Amerikai Csillagászati Társaság 245. találkozóján a James Webb-űrtávcső új megfigyelésein dolgozó csillagászok beszámoltak arról, hogy felfedeztek egy szupernóvát a fiatal Világegyetemből. Vizsgálataik szerint ezek a csillagrobbanások biztosíthatták a fiatal galaxisok számára a csillagok kialakulásához szükséges anyagot.

1. ÁBRA: A JADES-FELMÉRÉS KERETÉBEN A KUTATÓK NAGYJÁBÓL 80 OLYAN FORRÁST VIZSGÁLTAK MEG, AMELYEK FÉNYESSÉGE VÁLTOZOTT (EZEKET KIS KÖRÖK JELÖLIK). A MOST FELFEDEZETT SZUPERNÓVA IS EZEK KÖZÉ TARTOZIK. FORRÁS: HTTPS://WWW.ESA.INT/ESA_MULTIMEDIA/IMAGES/2024/06/TRANSIENTS_IN_JADES_FIELD
1. ÁBRA: A JADES-FELMÉRÉS KERETÉBEN A KUTATÓK NAGYJÁBÓL 80 OLYAN FORRÁST VIZSGÁLTAK MEG, AMELYEK FÉNYESSÉGE VÁLTOZOTT (EZEKET KIS KÖRÖK JELÖLIK). A MOST FELFEDEZETT SZUPERNÓVA IS EZEK KÖZÉ TARTOZIK. FORRÁS: HTTPS://WWW.ESA.INT/ESA_MULTIMEDIA/IMAGES/2024/06/TRANSIENTS_IN_JADES_FIELD

A James Webb-űrtávcső rendkívüli érzékenységének és infravörös detektorának hála felfedezhetünk olyan szupernóvákat, amelyek az ősrobbanás után kialakult csillagok első generációjából származnak. „Ezek a csillagok jelentősen eltértek mai társaiktól. – mondta a találkozón a kutatócsoport vezetője, David Coulter (Space Telescope Science Institute). „Hatalmasak voltak és nagyon forróak, így a robbanásuk valóban gigantikus volt.”

A csillagászok a JADES-felmérés keretében kutattak olyan szupernóvák után, amelyek az ősrobbanást követő első néhány milliárd évben robbantak fel. A kutatócsoport ugyanazt a térséget vizsgálta meg 2022 őszén, majd 2023-ban, és a képeket egymásból kivonva váltak láthatóvá az újonnan megjelent égitestek. Több tucatnyi tranziens, vagyis átmeneti jelenséget fedeztek fel ezzel a módszerrel egy igen kis területen. Későbbi megfigyelések kimutatták, hogy az egyik fényes tranziens egy igen korai szupernóva, amely abból az időből származik, amikor a Világegyetem még 2 milliárd éves sem volt.

Az adatok elemzésekor a kutatók megállapították, hogy a távoli objektum egy úgynevezett magösszeomlásos szupernóva. Ilyen robbanás akkor megy végbe, amikor egy nagy tömegű csillag magjából kifogy a fűtőanyag, már nem képes ellenállni a gravitációnak, és saját súlya alatt összeomlik.

2. ÁBRA: ILLUSZTRÁCIÓ EGY SZUPERNÓVA-ROBBANÁSRÓL. FORRÁS: NASA/CXC/M.WEISS, HTTPS://SPACEPLACE.NASA.GOV/SUPERNOVA/EN/
2. ÁBRA: ILLUSZTRÁCIÓ EGY SZUPERNÓVA-ROBBANÁSRÓL. FORRÁS: NASA/CXC/M.WEISS, HTTPS://SPACEPLACE.NASA.GOV/SUPERNOVA/EN/

A kutatók szerint a felrobbanó csillag hússzor akkora tömegű lehetett, mint a Nap, és egy olyan érintetlen környezetben alakult ki, amelyben harmadannyi hidrogénnél és héliumnál nehezebb elem volt, mint ma.

„Bár a szupernóvák ritkák, fontos szerepet játszanak a Világegyetem fejlődésében, mivel szétszórják a nehéz elemeket a kozmoszban, így befolyásolják a galaxisok kialakulását és fejlődését.” – mondta Saurabh Jha (Rutgers University), aki nem vett részt a kutatásban.

Ahogy a csillagok fejlődnek, először a hidrogént „égetik” héliummá, majd a héliumot nehezebb elemekké, így jönnek létre a periódusos rendszer olyan fontos elemei is, mint az élethez nélkülözhetetlen szén, oxigén és nitrogén. A szupernóva-robbanások során ezek az elemek szétszóródnak a csillagközi térben, ahol beépülnek a csillagok és bolygók következő generációjába.

„Nagyon érdekes kérdés, hogy a korai időkben ezek a szupernóvák különböznek-e valamilyen módon azoktól, amelyeket a mai Világegyetemben látunk.” – mondja Jha. „Ebből megtudhatjuk, hogyan jönnek létre a csillagok, majd hogyan élnek és halnak meg az idők során.”

 

Villámgyors porgyárak

A csillagászati találkozón Melissa Shahbandeh (Space Telescope Science Institute) a Webb-űrtávcső más adatai alapján arról számolt be, hogy bizonyos magösszeomlásos szupernóvák jelentős mennyiségű port termelhettek a fiatal Világegyetemben.

A csillagászok korábban úgy gondolták, hogy a korai Világegyetemben a por nagy részét az úgynevezett aszimptotikus óriáság (Asymptotic Giant Branch, AGB) hűvös, fényes csillagai termelték, amelyek erős csillagszéllel dobják le fémekben feldúsult külső gázhéjukat. A Webb-űrtávcső adatai azonban arra utalnak, hogy a korai galaxisokban sokkal több por volt, mint amit ezeknek a csillagoknak a számlájára írhatnánk, nekik ugyanis évmilliókba telik, míg levetik külső rétegeiket, és porral telítik környezetüket.

A magösszeomlásos szupernóvák csábító alternatívát jelentenek, mivel rövidebb életű csillagokból származnak. „Amikor az Univerzum legelső néhány százmillió évéről beszélünk, a magösszeomlásos szupernóvák az elsők a sorban, így nekik kell dominálniuk a portermelésben.” – mondta Chris Burns (Carnegie Observatories), aki nem vett részt a kutatásban. Továbbra is rejtély, hogy a por hogyan élhette túl a szupernóva-robbanásokat.

Melissa Shahbandeh kutatócsoportja egy közeli szupernóvát (SN 2005ip) vizsgált, amelynek levetett külső rétegei a környező gázba hatoltak. Ezt nevezik IIn, vagyis csillagkörüli anyagfelhővel kölcsönható szupernóvának (az n betű az éles - narrow - emissziós vonalakra utal). Ezek a robbanások sokszor évekig fénylenek. A kutatók összehasonlították a Spitzer-űrtávcső adatait, amelyeket három évvel a robbanás után rögzítettek, a Webb-űrtávcső 15 évvel későbbi adataival, és megállapították, hogy a szupernóva maradványa tele van porral.

A Webb-űrtávcsővel rögzített spektrumok felfedik, hogy az égitestben a robbanást követően még mindig képződik hideg szilikátpor, mégpedig nagyjából 0,1 naptömegnyi. „Ez azt jelenti, hogy a szupernóva azon túl, hogy port tartalmaz három évvel a robbanás után, még folyamatosan gyártja is azt.” – mondta Shahbandeh.

3. ÁBRA: A KÖLCSÖNHATÓ SZUPERNÓVÁK KÖRÜLI POR EGY VASTAG BURKOT HOZHAT LÉTRE, AMELY MEGVÉDI ÖNMAGÁT A FELROBBANT CSILLAGBÓL KIFELÉ ÁRAMLÓ LÖKÉSHULLÁMOK PUSZTÍTÁSÁTÓL.  FORRÁS: SHAHBANDEH ET AL. 2023, O. FOX, HTTPS://WWW.RESEARCHGATE.NET/PUBLICATION/367461852_JWST_DISCOVERY_OF_DUST_RESERVOIRS_IN_NEARBY_TYPE_IIP_SUPERNOVAE_2004ET_AND_2017EAW
3. ÁBRA: A KÖLCSÖNHATÓ SZUPERNÓVÁK KÖRÜLI POR EGY VASTAG BURKOT HOZHAT LÉTRE, AMELY MEGVÉDI ÖNMAGÁT A FELROBBANT CSILLAGBÓL KIFELÉ ÁRAMLÓ LÖKÉSHULLÁMOK PUSZTÍTÁSÁTÓL. FORRÁS: SHAHBANDEH ET AL. 2023, O. FOX, HTTPS://WWW.RESEARCHGATE.NET/PUBLICATION/367461852_JWST_DISCOVERY_OF_DUST_RESERVOIRS_IN_NEARBY_TYPE_IIP_SUPERNOVAE_2004ET_AND_2017EAW

A kutatók szerint a por folyamatos termelődése egy hideg, sűrű porburokkal függ össze, amely a kölcsönható szupernóva körül alakult ki, amikor elkezdett lehűlni. Ez a burok megvédi a belsejében lévő port a lökéshullámoktól, amelyek azóta is kifelé haladnak a környező gázon át.

A szupernóváknak ez a típusa rendkívül hatékony porgyár lehet: „Főként ezekből származhat a korai Világegyetemben megfigyelt por jelentős része.” – mondta Shahbandeh.

„Viszonylag ritkán találunk IIn típusú szupernóvát a közeli Univerzumban, de korábban sokkal gyakoribbak lehettek, ezért elég valószínűnek tartom, hogy jelentősen hozzájárultak a korai Világegyetemben a por képződéséhez.” – mondja Jha.

A Webbnek hála a csillagászok mélyebbre tekinthetnek vissza a kozmikus időben, így a szupernóvák kutatásának új lehetőségei nyíltak meg. „A James Webb-űrtávcső segítségével egyre korábbi és korábbi időkig nyúlhatunk vissza az Univerzumban, hogy megtaláljuk az igazán nagy tömegű csillagokat és a robbanásuk nyomait.” – mondta Coulter. Mindkét eredmény a korai szupernóvák szerepére világít rá.

A Webb mellett egyre több szupernóvát fedezhetünk fel az olyan földi távcsöveknek köszönhetően is, mint például a nemsokára elkészülő Vera Rubin Obszervatórium. Kiterjedt égboltfelmérő programok teszik lehetővé a csillagászok számára, hogy jobban megértsék a robbanások galaxisfejlődésben játszott szerepét. A földi teleszkópok és az űrtávcsövek egyre távolabb merészkednek az ismeretlen tartomány határán, hogy megismerhessük a Világegyetemet elsőként beragyogó szupernóvákat.

 

Forrás: https://skyandtelescope.org/astronomy-news/supernovae-may-have-shaped-the-early-universe-webb-finds/

Szerző: Ujhelyi Borbála, Kutatási asszisztens

CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet