Supernowa Tychona źródłem promieniowania gamma
2 Sty 2012r. w
Astronomia napisał/a
Marta Kliber
Odkrycie to daje naukowcom kolejną wskazówkę dotyczącą źródeł promieniowania kosmicznego - cząstek, które przemierzają przestrzeń kosmiczną z prędkością bliską światłu.
Na początku listopada 1572 roku zauważono pojawienie się "nowej gwiazdy" w gwiazdozbiorze Kasjopei, która jest uważana obecnie za najjaśniejszą widzianą gołym okiem supernową w ciągu ostatnich ostatnich czterystu lat. Często jest nazywana Supernową Tychona (na cześć wielkiego duńskiego astronoma, Tychona Brahe, sławnego dzięki swoim wnikliwym obserwacjom tego obiektu). Supernowa ta była jednym z największych kamieni milowych w historii astronomii. Rozbłysła w czasie, gdy gwiazdy na niebie były uważane za stałą i niezmienną część wszechświata. Relacja Tychona Brache o odkryciu tej niezwykłej gwiazdy daje nam pewne pojęcie o tym, jak bezprecedensowe jak na tamte czasy musiało być to wydarzenie. Po raz pierwszy supernowa pojawiła się na niebie około 6 listopada 1572 roku, ale kiepska pogoda ukryła ją przed Tychonem aż do 11 listopada, kiedy to zauważył ją podczas wieczornego spaceru przed kolacją. Była ona widoczna przez 15 miesięcy i pozostawała nieruchoma względem innych obiektów na niebie, co sugerowało, że znajdowała się o wiele dalej niż Słońce, Księżyc czy planety. Współcześni astronomowie sądzą, że znajduje się w odległości pomiędzy 9000 a 11 000 lat świetlnych od Ziemi.
Obecnie, po kilku latach badań i zbierania danych przez należące do NASA Kosmiczne Obserwatorium Promieniowania Gamma - Fermi, dowiadujemy się, że rozproszone pozostałości po supernowej emitują promieniowanie gamma o wysokiej energii. Daje to astronomom kolejną wskazówkę, zbliżającą ich do zrozumienia istoty powstawania promieniowania kosmicznego, cząstek, głównie protonów, które poruszają się w przestrzeni niemalże z prędkością światła. Od lat zagadkę dla uczonych stanowiła kwestia, gdzie dokładnie oraz w jaki sposób cząsteczki te osiągają tak niezwykłe energie. Naładowane cząstki pędzące przez Galaktykę bardzo łatwo ulegają wpływom międzygwiazdowych pól magnetycznych, ich tory ruchu zostają zakrzywione, przez co niezwykle trudno jest wyśledzić, gdzie zapoczątkowały swoją drogę.
W 1949 roku fizyk, Enrico Fermi, od którego nazwiska swoją nazwę wziął kosmiczny teleskop, zasugerował, że cząstki promieniowania kosmicznego o największych energiach mogą być przyspieszane przez pola magnetyczne obłoków międzygwiazdowych. W kolejnych dekadach astronomowie udowodnili, że pozostałości po supernowej mogą być najbardziej prawdopodobnymi miejscami w całej Galaktyce, odpowiedzialnymi za wytwarzanie tego promieniowania. Odkrycie promieniowania gamma w Tychonie to kolejny dowód na to, że pozostałości po supernowej mogą przyspieszać cząstki promieniowania kosmicznego.
Promieniowanie gamma wykryte przez detektor o wysokiej czułości i rozdzielczości kątowej (LAT) teleskopu Fermiego wskazuje, że pozostałość po supernowej Tychona emituje najbardziej energetyczną formę światła. Ten obraz rozdartej gwiazdy zawiera w sobie promieniowanie gamma (kolor karmazynowy), promieniowanie rentgenowskie (żółty, zielony i niebieski), podczerwone (czerwony) oraz dane optyczne
Wyjaśnienie i zrozumienie źródeł powstawania promieniowania kosmicznego jest kluczowym zadaniem teleskopu Fermi. Jego detektor o wysokiej czułości i rozdzielczości kątowej (ang. Large Area Telescope - LAT) skanuje całe niebo w ciągu trzech godzin, stopniowo tworząc coraz głębszy obraz promieniowania gamma z kosmosu. Promieniowanie to jest najbardziej energetyczną i przenikliwą formą światła, działa ono jak swego rodzaju drogowskaz, wskazujący macierzyste miejsce przyspieszania cząstek.
Promieniowanie gamma o wysokiej energii powstaje, gdy promieniowanie kosmiczne natrafi na swojej drodze na międzygwiazdowy gaz i światło gwiazdy - stąd wiadomo, że wykryte promieniowanie trafiło do teleskopu Fermiego wprost ze swojego źródła.
Jak wygląda ten proces? Gwiazda po eksplozji przekształca się w pozostałości po supernowej, gwałtownie rozszerzający się obłok gorącego gazu wytworzonego przez powstałą falę uderzeniową. Naukowcy są zdania, ze pola magnetyczne wokół fali uderzeniowej są w stanie "uwięzić" cząstki pomiędzy sobą, traktując je niczym piłeczki pingpongowe.
Pola magnetyczne znajdujące się w pozostałościach po supernowej są bardzo słabe w porównaniu do pola magnetycznego Ziemi, ale rozciągają się na ogromnym obszarze, osiągając w końcu obszar tysięcy lat świetlnych. Mają ogromny wpływ na trajektorię naładowanych cząstek. Podczas kursowania w tę i z powrotem wewnątrz fali uderzeniowej supernowej, naładowane cząstki zyskują energię przy każdym takim przemieszczeniu. W końcu zrywają swoje "magnetyczne więzy", uciekają i swobodnie wędrują przez Galaktykę.
Obserwacje nieba prowadzone przez LAT dostarczają kolejnych dowodów potwierdzających ten scenariusz. Wiele młodszych pozostałości po supernowej, takie jak wspomniana Tychona, ma tendencję do wytwarzania więcej wysoko energetycznego promieniowania gamma niż starsze obiekty. To promieniowanie jest swego rodzaju "odzwierciedleniem" energii przyspieszanych cząstek, które je tworzą. Więcej cząstek promieniowania kosmicznego jest przyspieszanych do wysokich energii w młodszych obiektach, ponieważ ich fale uderzeniowe i zazębiające się pola magnetyczne są silniejsze. Odwrotnie w przypadku starszych pozostałości po supernowych, gdzie fale uderzeniowe są słabsze i nie są już w stanie utrzymywać cząstek o największej energii.
Po ponad dwóch i pół roku obserwacji nieba, dane zgromadzone przez LAT wyraźnie pokazują, że nieodgadniony obszar emisji o wartości GeV (gigaelektronowolta) promieniowania gamma jest związany z pozostałością po supernowej Tychona. (Dla porównania, energia widzialnego światła znajduje się pomiędzy 2 a 3 elektronowoltami).
Pozostałość po supernowej Tychona była interesującym obiektem do badań dla teleskopu Fermiego, ponieważ została już wnikliwie przebadana w innych zakresach widma elektromagnetycznego. Był to zatem jeden z najlepszych obiektów do zidentyfikowania sygnatury widmowej, wskazującej na obecność protonów promieniowania kosmicznego.
Przygotowana przez zespół naukowców mapa emisji promieniowania oparta jest na obserwacjach przeprowadzonych przez LAT, a także na obserwacjach wysokoenergetycznego (o wartości TeV - teraelektronowolta) promieniowania gamma zlokalizowanego za pomocą naziemnych urządzeń oraz obserwacji radiowych i rentgenowskich. Naukowcy twierdzą, że proces zwany produkcją pionów najlepiej wyjaśnia jak powstaje to promieniowanie. Najpierw proton wędrujący z prędkością bliską prędkości światła uderza w powoli poruszający się proton. Ta interakcja wytwarza nietrwałą cząstkę - pion, z masą zaledwie 14% masy protona. W zaledwie 10 milionowych miliardowych części sekundy pion rozkłada się w promieniowanie gamma.
Jeżeli ta interpretacja jest prawdziwa, to gdzieś w obrębie pozostałości po supernowej protony są przyspieszane do prędkości wynoszącej niemalże prędkość światła, a potem, wpadając w interakcje z wolniejszymi cząstkami, tworzą promieniowanie gamma - najbardziej ekstremalną formę światła. Tak niesamowite zjawiska, zachodzące w tym, co pozostało po owej "niezwykłej", odkrytej kilkaset lat temu gwieździe, mogły by sprawić, że sam jej odkrywca, Tycho Brache, mógłby sobie pogratulować.
Twoje Imię
28.03.2024, 21:36