Slika rentgenskega observatorija Chandra ostanka supernove Cassiopeia A. Zasluge: NASA/CXC
Ostanek supernove Kasiopeja A (Cas A) je bil vedno enigma. Medtem ko je bila eksplozija, ki je ustvarila to supernovo, očitno močan dogodek, je bila vizualna svetlost izbruha, ki se je zgodil pred več kot 300 leti, veliko manjša od običajne supernove, – in pravzaprav je bila spregledana v 1600-ih – in astronomi ne vedo zakaj. Druga skrivnost je, ali je eksplozija, ki je povzročila Cas A, za seboj pustila nevtronsko zvezdo, črno luknjo ali sploh nič. Toda leta 1999 so astronomi odkrili neznan svetel predmet na tem območju jedro Cas A. Nova opazovanja z rentgenskim observatorijem Chandra kažejo, da je ta predmet nevtronska zvezda. Toda enigme se tu ne končajo: ta nevtronska zvezda ima ogljikovo atmosfero. To je prvič, da je bila tovrstna atmosfera zaznana okoli tako majhnega, gostega predmeta.
Slika rentgenskega observatorija Chandra ostanka supernove Kasiopeje A z umetnikovim vtisom nevtronske zvezde v središču ostanka. Odkritje ogljikove atmosfere na tej nevtronski zvezdi razreši desetletno skrivnost okoli tega predmeta. Zasluge: Chandra slika: NASA/CXC/Southampton/W.Ho; ilustracija: NASA/CXC/M.Weiss
Objekt v jedru je zelo majhen – širok le okoli 20 km, kar je bilo ključno za identifikacijo nevtronske zvezde, je dejal Craig Heinke z Univerze v Alberti. Heinke je skupaj z Wynnom Hoom z Univerze v Southamptonu v Združenem kraljestvu soavtor prispevka, ki je objavljen v izdaji Nature 5. novembra.
'Edini dve vrsti zvezd, za katere poznamo tako majhne, so nevtronske zvezde in črne luknje,' je Heinke povedal za Universe Today. 'Lahko izključimo, da je to črna luknja, ker nobena svetloba ne more uiti iz črnih lukenj, zato so vsi rentgenski žarki, ki jih vidimo iz črnih lukenj, dejansko iz materiala, ki pade v črno luknjo. Takšni rentgenski žarki bi bili zelo spremenljivi, saj istega materiala nikoli ne vidite dvakrat, vendar ne vidimo nobenih nihanj v svetlosti tega predmeta.
Heinke je dejal, da je rentgenski observatorij Chandra edini teleskop, ki ima dovolj oster vid, da lahko opazuje ta predmet znotraj tako svetlega ostanka supernove.
Toda najbolj nenavaden vidik te nevtronske zvezde je njena ogljikova atmosfera. Nevtronske zvezde so večinoma sestavljene iz nevtronov, vendar imajo na površini tanko plast normalne snovi, vključno s tanko – 10 cm – zelo vročo atmosfero. Vse predhodno raziskane nevtronske zvezde imajo vodikove atmosfere, kar je pričakovano, saj intenzivna gravitacija nevtronske zvezde razsloji atmosfero in na vrh postavi najlažji element, vodik.
Toda s tem predmetom v Cas A ni tako.
'Uspeli smo izdelati modele za rentgensko sevanje nevtronske zvezde z več različnimi možnimi atmosferami,' je dejal Heinke v intervjuju po elektronski pošti. 'Samo ogljikova atmosfera lahko pojasni vse podatke, ki jih vidimo, zato smo precej prepričani, da ima ta nevtronska zvezda ogljikovo atmosfero, ko smo prvič videli drugačno atmosfero na nevtronski zvezdi.'
Umetnikov vtis nevtronske zvezde v Cas A, ki prikazuje majhen obseg ogljikovega ozračja. Zemljina atmosfera je prikazana v enakem merilu kot nevtronska zvezda. Zasluge: NASA/CXC/M.Weiss
Umetnikov vtis nevtronske zvezde v Cas A, ki prikazuje majhen obseg ogljikovega ozračja. Zemljina atmosfera je prikazana v enakem merilu kot nevtronska zvezda. Zasluge: NASA/CXC/M.Weiss
Kako torej Heinke in njegova ekipa razlagata pomanjkanje vodika in helija na tej nevtronski zvezdi? Pomislite na Cas A kot na otroka.
'Mislimo, da razumemo, da je zaradi res mlade starosti tega predmeta - vidimo ga pri občutljivi starosti le 330 let, v primerjavi z drugimi nevtronskimi zvezdami, starimi na tisoče let,' je dejal. »Med eksplozijo supernove, ki je ustvarila to nevtronsko zvezdo (ko se jedro zvezde zruši na objekt v velikosti mesta, z neverjetno visoko gostoto, višjo od atomskih jeder), se je nevtronska zvezda segrela na visoke temperature, do milijarde stopinj. Zdaj je ohlajen na nekaj milijonov stopinj, vendar menimo, da so bile njegove visoke temperature zadostne za proizvodnjo jedrske fuzije na površini nevtronske zvezde, pri čemer sta vodik in helij zlili v ogljik.
Zaradi tega odkritja imajo raziskovalci zdaj dostop do celotnega življenjskega cikla supernove in bodo izvedeli več o vlogi, ki jo imajo eksplodirajoče zvezde v sestavi vesolja. Na primer, večina mineralov, ki jih najdemo na Zemlji, je produkt supernov.
'To odkritje nam pomaga razumeti, kako se nevtronske zvezde rojevajo v silovitih eksplozijah supernove,' je dejal Heinke.