Vzácná supernova odhalila skryté tajemství umírající hvězdy a potvrdila vznik prvků pro život

Astronomové nahlédli do nitra umírající hvězdy díky vzácnému typu kosmické exploze, známé jako „extrémně obnažená supernova“.

Astronomové nahlédli do nitra umírající hvězdy díky vzácnému typu kosmické exploze, známé jako „extrémně obnažená supernova“. Objev materiálu z jedné z nejhlubších vrstev umírající hvězdy poskytuje jedinečný pohled na její skrytý interiér a potvrzuje klíčové teorie o tom, jak masivní hvězdy vytvářejí prvky, které pomáhají budovat planety, světy a život.

Vědci pod vedením Steva Schulzeho z Northwestern University ve Spojených státech popsali v časopise Nature supernovu 2021yfj a hustou plynnou obálku, která ji obklopuje. Jejich zjištění podporují stávající teorie o procesech uvnitř masivních hvězd na konci jejich životního cyklu a o tom, jak tyto procesy formovaly stavební kameny vesmíru, který dnes pozorujeme.

Hvězdy jsou poháněny jadernou fúzí, procesem, při kterém se lehčí atomy spojují do těžších a uvolňují energii. Tento proces probíhá ve fázích po celý život hvězdy, od vodíku přes helium až po uhlík. Nejmasivnější hvězdy pokračují ve fúzi neonu, kyslíku, křemíku a nakonec železa. Každý cyklus hoření je rychlejší než ten předchozí; zatímco vodíkový cyklus může trvat miliony let, křemíkový cyklus je hotový během několika dní. Jak jádro masivní hvězdy hoří, plyn vně jádra získává vrstvenou strukturu, kde jednotlivé vrstvy zaznamenávají složení a postup cyklů hoření.

Když je jádro masivní hvězdy plné železa, obrovský tlak a teplota způsobí, že se železo začne slučovat, ale na rozdíl od fúze lehčích prvků tento proces energii pohlcuje, namísto aby ji uvolňoval. Uvolňování energie z fúze je to, co udržuje hvězdu proti gravitační síle, takže se železné jádro zhroutí. V závislosti na počáteční velikosti se zhroucené jádro stane neutronovou hvězdou nebo černou dírou. Proces kolapsu vytváří „odraz“, který vysílá energii a hmotu ven. Tomu se říká supernova s kolapsem jádra.

Exploze osvětlí vrstvy plynu, které hvězda dříve odvrhla, což vědcům umožňuje zjistit, z čeho jsou složeny. U všech dosud známých supernov pocházel tento materiál buď z vodíkové, heliové nebo uhlíkové vrstvy, vytvořené v prvních dvou cyklech jaderného hoření. Vnitřní vrstvy (neonová, kyslíková a křemíková) se tvoří jen několik stovek let před explozí hvězdy, což znamená, že nemají čas se od hvězdy vzdálit. Právě to činí novou supernovu SN2021yfj tak zajímavou. Schulze a jeho kolegové zjistili, že materiál vně hvězdy pocházel z křemíkové vrstvy, poslední vrstvy těsně nad železným jádrem, která se tvoří v řádu několika měsíců.

Hvězdný vítr musel před explozí odvrhnout všechny vrstvy až po křemíkovou. Astronomové zatím plně nerozumí, jak by hvězdný vítr mohl být dostatečně silný, aby to dokázal. Nejpravděpodobnějším scénářem je zapojení druhé hvězdy. Pokud by kolem explodující hvězdy obíhala jiná hvězda, její gravitace mohla rychle vytáhnout hlubokou křemíkovou vrstvu.