Vědci potvrdili existenci nového druhu supernov, vzniká záchytem elektronů do jádra atomů

01. 07. 2021

Supernovy Hvězdy Bílý trpaslík

Vědecký tým vedený Daichim Hiramatsu identifikoval první příklad supernovy, která se označuje jako supernova se záchytem elektronů (Electron Capture Supernova, ECS). Jedná se o zánik hvězdy, který nespadá ani do jedné z hlavních kategorií supernov. Do nově potvrzené kategorie by podle vědců mohla spadat také supernova, která před tisíci lety rozzářila noční i denní oblohu a dala vzniknout slavné Krabí mlhovině.

Krabí mlhovina

Krabí mlhovina jsou pozůstatky exploze supernovy pozorované na Zemi v roce 1054. Nachází se ve vzdálenosti 6,5 tisíc světelných let a má přes deset světelných let napříč.

Image credit:

Supernovy jsou zářivé exploze masivních hvězd. Mohou nastávat u hvězd větších než Slunce, kterým došlo palivo pro termojadernou fúzi, případně u bílých trpaslíků, které pohlcují materiál ze svého okolí a překročí určitou hmotnost. 

Výsledkem supernovy je u hvězd s nižší hmotností neutronová hvězda, u masivnějších objektů potom černá díra. V místě exploze se většinou nachází pozůstatek supernovy tvořený materiálem, který exploze vymrštila do okolí. Z tohoto matriálu během miliard let vznikají další hvězdy a také planety obohacené o těžké prvky, které v supernově vznikly.

Kolaps jádra
V každé hvězdě probíhá termojaderná reakce, při které dochází ke slučování lehčích prvků v těžší. Nejprve sloučením atomů vodíku vzniká helium. Jakmile dojde vodík, začne hvězda slučovat helium do těžších a těžších prvků. V závislosti na hmotnosti hvězdy může tento proces pokračovat až do vzniku železa. Těžké železo v jádru hvězdy způsobí jeho kolaps a následnou supernovu, při které vzniká neutronová hvězda nebo černá díra. 

Bílý trpaslík
Druhá cesta k supernově vede přes bílého trpaslíka - jádro méně hmotné hvězdy, které také došlo palivo pro termojadernou fúzi. V případě, že je bílý trpaslík v systému s nějakou další hvězdou, může z ní postupně vysávat materiál. Tento materiál na povrchu trpaslíka na krátko opakovaně nastartuje termojadernou fúzi. Jakmile ale hvězda překročí hmotnost 1,44 slunečních mas, přichází supernova. Tyto supernovy mají označení typ Ia a mají vždy stejnou zářivost. Astronomové je používají pro určování vzdáleností ve vesmíru.

Zachycení elektronu
Většina supernov vzniká jedním ze dvou výše uvedených způsobů. Vědci ale nyní potvrdili existenci třetího způsobu: integrace elektronů do jader atomů a následné zhroucení jádra. Tato supernova nastává u hvězd s hmotností mezi 8 - 10 Sluncí s jádrem, ve kterém se nachází kyslík, neon a hořčík.

Prvním příkladem této exploze je supernova SN 2018zd, která odpovídá teoretickým předpokladům pro supernovu se zachycením elektronů. Její pozůstatek (remnant) se nachází v galaxii NGC 2146 vzdálené 31 milionů světelných let. Při analýze archivních snímků z teleskopu Hubble před touto explozí však vědci nenašli stopy po červeném veleobru, který je předchůdcem supernov prostřednictvím kolapsu jádra.

Další analýza ukázala, že tato supernova splňuje všechny podmínky pro záchyt elektronů: parametry původní hvězdy, výrazný únik hmoty před explozí, nezvyklé chemické složení, relativně slabá exploze, nízká radiace a jádro bohaté na neutrony. Vědci o tomto způsobu uvažují už desítky let, stále jim ale chyběl konkrétní příklad.

Dalším příkladem supernovy s elektronovým záchytem by mohla být supernova, která dala vzniknout Krabí mlhovině. Tato supernova byla pozorovatelná několik dní v roce 1054 dokonce i přes den. Nachází se totiž relativně blízko ve vzdálenosti kolem 7 tisíc světelných let.