Supernowa, która wybuchła dwa razy. Niezwykłe odkrycie obserwatorium ESO

Astronomowie po raz pierwszy zobaczyli ślady dwóch wybuchów jednej gwiazdy. Odkrycie wspiera teorię, że supernowe typu Ia mogą powstawać bez przekroczenia tzw. masy Chandrasekhara

Gdy 400 lat temu Johannes Kepler obserwował światło supernowej, nie mógł wiedzieć, że wybuchy tego typu staną się kluczem do zrozumienia historii i przyszłości Wszechświata. Dziś naukowcy z Australii i Niemiec przedstawili pierwsze wizualne dowody na tzw. mechanizm podwójnej detonacji, który może tłumaczyć niektóre z tych zjawisk. Obserwacje pozostałości po supernowej SNR 0509-67.5, znajdującej się w Wielkim Obłoku Magellana, ujawniły dwa pierścienie wapnia – ślad dwóch eksplozji, które nastąpiły w odstępie zaledwie ułamków sekundy.

„Eksplozje białych karłów odgrywają kluczową rolę w astronomii. Są źródłem większości żelaza na Ziemi i pozwalają mierzyć odległości kosmiczne. Ale mechanizm ich wybuchu wciąż nie został w pełni wyjaśniony” – mówi dr Priyamvada (Priyam) Das z University of New South Wales w Canberze, główna autorka badania opublikowanego w czasopiśmie Nature Astronomy.

Hel i żelazo: dwa pierścienie po dwóch eksplozjach

Wykorzystując spektrograf MUSE zainstalowany na teleskopie VLT (Very Large Telescope) Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO) w Chile, naukowcy zidentyfikowali dwa rozchodzące się w przestrzeni pierścienie zawierające wapń. Zewnętrzny, szybciej przemieszczający się, ma błękitny odcień, natomiast wewnętrzny, czerwony, porusza się wolniej i wydaje się zawierać produkty głębszego spalania, takie jak żelazo i nikiel.

To układ, który – jak wyjaśniają badacze – można najlepiej wyjaśnić, zakładając, że biały karzeł eksplodował dwukrotnie: najpierw na powierzchni, gdzie nagromadzony hel zapalił się i wyrzucił materię zewnętrzną, a następnie w jądrze, prowadząc do całkowitego zniszczenia gwiazdy. Taki scenariusz znany jest jako „podwójna detonacja” (ang. double detonation) i dotąd pozostawał czysto teoretyczny.

„To wyraźny dowód na to, że białe karły mogą eksplodować, zanim osiągną słynną granicę masy Chandrasekhara. Mechanizm podwójnej detonacji rzeczywiście zachodzi w naturze” – podkreśla prof. Ivo Seitenzahl z Heidelberg Institute for Theoretical Studies (HITS), współautor badania.

Nowe światło na odległości we Wszechświecie

Supernowe typu Ia są powszechnie wykorzystywane jako tzw. standardowe świece – obiekty o znanej jasności, które służą do mierzenia odległości w kosmosie. Uważa się, że powstają w wyniku eksplozji białych karłów w układach podwójnych. Dotąd zakładano, że do wybuchu dochodzi dopiero po osiągnięciu masy Chandrasekhara (ok. 1,4 masy Słońca), czyli granicy, po której grawitacja przezwycięża ciśnienie degeneracji materii.

Jednak scenariusz podwójnej detonacji sugeruje, że eksplozja może zostać zapoczątkowana wcześniej, gdy na powierzchni białego karła zgromadzi się odpowiednio dużo helu. To zmienia sposób, w jaki naukowcy mogą klasyfikować i analizować wybuchy typu Ia, a także wpływa na precyzję kosmicznych pomiarów.

„Nasze obserwacje potwierdzają istnienie dwóch fal uderzeniowych, co stanowi potwierdzenie przewidywań modeli teoretycznych dotyczących podwójnej detonacji” – mówi Das.  „To ważny krok w kierunku zrozumienia różnorodności jasności supernowych typu Ia”.

Dzięki instrumentom klasy MUSE

Badanie nie byłoby możliwe bez instrumentu MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) zainstalowanego na teleskopie VLT należącym do ESO. To jeden z najdokładniejszych spektrografów na świecie, który umożliwia uzyskanie trójwymiarowych obrazów spektralnych. Analizę nie tylko położenia i jasności, ale również składu chemicznego i prędkości elementów obiektu.

Zespół wykorzystał dane zebrane przez MUSE, aby stworzyć mapę rozkładu wapnia w pozostałościach po supernowej. Modelowanie komputerowe wykonane w HITS i Max Planck Institute for Astrophysics (MPA) w Garching pokazało, że tylko scenariusz z dwiema eksplozjami odpowiada obserwowanemu układowi pierścieni.

„To nie tylko piękny obraz. To dowód na to, jak nowoczesna technologia obserwacyjna może rozwiązywać fundamentalne zagadki astrofizyki” – komentuje Seitenzahl.

Współpraca międzynarodowa i przyszłość badań

W badaniach wzięli udział naukowcy z wielu instytucji, m.in. UNSW Canberra, Heidelberg Institute for Theoretical Studies, Max Planck Institute for Astrophysics, ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav), MeteoSwiss, NASA Goddard Space Flight Center, Queen’s University Belfast, Dublin Institute for Advanced Studies i Australian National University.

Zespół planuje teraz wykorzystać podobne techniki do badania innych pozostałości po supernowych w poszukiwaniu sygnatur podwójnej detonacji. Ostatecznym celem jest zrozumienie, jak różne ścieżki prowadzące do wybuchów typu Ia wpływają na nasze pomiary rozszerzania się Wszechświata, a także na kosmiczne źródła pierwiastków takich jak żelazo czy nikiel.

Źródła:

• EurekAlert, „Double detonation: New image shows remains of star destroyed by pair of explosions”, 2 lipca 2025 r.: https://www.eurekalert.org/news-releases/1089231
  

Publikacja: P. Das et al., Calcium in a supernova remnant shows the fingerprint of a sub-Chandrasekhar mass explosion, „Nature Astronomy”, 2025: https://www.nature.com/articles/s41550-024-02208-2

• aktualności
• Nauki ścisłe i nauki o Ziemi
• popularyzacja