Dziwne sygnały z umarłych gwiazd. Pozostałości po supernowych nie gasną tak, jak powinny

Kiedy masywna gwiazda eksploduje jako supernowa, rozrzuca w przestrzeni rozgrzaną chmurę gazu i pyłu. Z czasem ta kosmiczna poświata powinna słabnąć. Jednak dane z rentgenowskiego obserwatorium Chandra pokazują, że nie zawsze tak się dzieje — w galaktyce Messier 83 pozostałości po gwiazdowych eksplozjach od 14 lat zachowują się w sposób, który wprawił astronomów w zdumienie.

14 lat podglądania nieba

→ Czytaj też: Odkryto 17 cząsteczek życia wokół młodej gwiazdy. To zmienia wiedzę o początkach Ziemi

Galaktyka M83, zwana Południowym Wiatraczkiem, leży około 15 milionów lat świetlnych od Ziemi. To prawdziwy inkubator gwiazd, gdzie nieustannie rodzą się nowe słońca – i gdzie masywne gwiazdy często umierają. Międzynarodowy zespół astronomów przejrzał archiwalne obserwacje Chandry z lat 2000–2014, by sprawdzić, co dzieje się z pozostałościami po supernowych. Spodziewali się powolnego słabnięcia emisji rentgenowskiej. Tymczasem wiele obiektów świeciło raz jaśniej, raz słabiej – zupełnie wbrew przewidywaniom.

„Wiedzieliśmy, że pojedyncze źródła rentgenowskie mogą zmieniać swoją jasność, ale odkrycie, że tak wiele pozostałości po supernowych zachowuje się w ten sposób, było prawdziwym zaskoczeniem” – komentuje Andrea Prestwich, astronom z Katolickiego Uniwersytetu Ameryki i główna autorka badania opublikowanego w tym miesiącu w Astrophysical Journal. „Coś niezwykłego dzieje się w tych obiektach. Ustalenie przyczyny pozostaje wyzwaniem, bo odległość M83 ogranicza szczegóły, jakie możemy dostrzec”.

Wyjaśnienie udało się znaleźć tylko dla jednego przypadku. Szczątki oznaczone jako SN 1957D – supernowej zaobserwowanej po raz pierwszy prawie 70 lat temu – zderzają się z otaczającym materiałem, co zwiększa emisję promieni rentgenowskich. Dlaczego jednak pozostałe obiekty też zmieniają jasność? Tego na razie nie wiadomo.

Kosmiczny recykling czy przetrwały towarzysz?

→ Czytaj też: Odkryto imię majańskiego matematyka-astronoma. Żył 1300 lat temu

Astronomowie rozważają dwa scenariusze. W pierwszym przyczyną zmienności są układy podwójne, które przetrwały wybuch. Gdy masywniejsza gwiazda eksploduje, jej partnerka pozostaje na orbicie i wspólnie tworzą wysokoenergetyczny układ rentgenowski (HMXB). Taki podwójny taniec mógłby wyjaśniać niestabilną emisję. Drugi pomysł jest jeszcze bardziej intrygujący: po supernowej czasem zostaje czarna dziura lub gwiazda neutronowa, która może przyciągać część wyrzuconej wcześniej materii.

„To mógłby być przykład kosmicznego recyklingu – szczątki eksplozji opadają z powrotem na obiekt, który sama supernowa stworzyła” – mówi współautor pracy, Roy Kilgard z Wesleyan University. „I całkiem możliwe, że oba wyjaśnienia są prawdziwe – różne źródła w naszej próbce mogą mieć różne pochodzenie”.

Taki samowystarczalny mechanizm, w którym martwa gwiazda odzyskuje własne pozostałości, wpisuje się w znane modele, ale do tej pory rzadko łączono go z pozostałościami po supernowych. Jeśli hipoteza się potwierdzi, będzie oznaczać, że kosmiczne ruiny potrafią być znacznie bardziej dynamiczne, niż sądzono.

Tajemnica nie tylko w M83

Zachowanie pozostałości w M83 okazało się na tyle intrygujące, że astronomowie postanowili sprawdzić inną galaktykę. Podobną zmienność emisji rentgenowskiej wykryto w galaktyce Messier 51, znanej jako Wir. To sugeruje, że dziwne pulsowanie nie jest lokalną anomalią, ale może być powszechnym zjawiskiem w gwiezdnych cmentarzyskach spiralnych galaktyk.

Naukowcy podkreślają, że odkrycie nie tylko rzuca nowe światło na procesy zachodzące po supernowych, ale też przypomina, jak wiele jeszcze nie rozumiemy. Nawet w dobrze zbadanych galaktykach potrafią czaić się niespodzianki, które ujawniają się dopiero po latach cierpliwych obserwacji. Zdaniem Judah, głównego badacza z Uniwersytetu Hawajskiego, nowe odkrycia dowodzą, że w głębokim oceanie kosmosu wciąż jest mnóstwo do zbadania.

Co dalej?

Zespół zamierza kontynuować analizę danych Chandry, a także sięgnąć po obserwacje innych teleskopów, by rozwikłać zagadkę zmiennych pozostałości. Kluczowe będzie ustalenie, czy w badanych obiektach rzeczywiście kryją się czarne dziury lub gwiazdy neutronowe, które aktywnie przyciągają materię. Jeśli tak, będzie oznaczać, że nawet po śmierci gwiazdy jej historia wcale się nie kończy – a kosmiczny recykling może odgrywać znacznie większą rolę w kształtowaniu galaktyk, niż dotąd przypuszczaliśmy.