Zdjęcie w tle: NASA/JPL-Caltech

Supernowe to potężne eksplozje, które mają miejsce podczas końcowych etapów śmierci supermasywnej gwiazdy. Podczas tych wybuchów uwalniane są ogromne energie oraz pierwiastki, cięższe niż bizmut-209. Wzbogacają one ośrodek międzygwiezdny, dostarczając surowców do tworzenia gwiazd i planet. Nasza planeta, wraz z całym Układem Słonecznym, zawdzięcza swoje istnienie właśnie tym procesom. Najcięższe pierwiastki stanowią fundamentalne składniki budulcowe naszej planety.

NASA/CXC/Chinese Academy of Sciences/F. Lu et al

Pozostałości supernowej typu Ia po raz pierwszy zaobserwowane przez średniowiecznego astronoma Tycho Brahe

W kulminacyjnym punkcie swojego życia supernowa może być jaśniejsza niż cała galaktyka, osiągnąć średnicę kilku lat świetlnych. Supernowe osiągają swoją szczytową jasność w ciągu kilku dni, więc ich pojawienie się i wczesny zanik można obserwować w czasie rzeczywistym. Same te obiekty po krótkim czasie stają się prawie niewidoczne. Należy podkreślić, że niektóre supernowe zostały po raz pierwszy odkryte przez astronomów-amatorów.

Klasyfikacja supernowych została utworzona na podstawie linii absorpcyjnych pierwiastków w ich widmie. Istnieją dwa typy supernowych: typ I (wraz z podkategoriami Ia, Ib, Ic) oraz typ II. Supernowe typu II wykazują w swoim widmie obecność wodoru, zaś typu I charakteryzują się brakiem tego pierwiastka. Supernowe typu Ia zawierają ślady krzemu, typ Ib wykazuje jego brak, za to obecne są w nim linie absorpcyjne helu. Typ Ic w swojej charakterystyce nie wykazuje żadnego z wyżej wymienionych pierwiastków.

Swinburne University of Technology

Schemat przedstawiający klasyfikację supernowych ze względu na obecność pierwiastków chemicznych

Supernowe typu II są związane z klasyczną eksplozją masywnych gwiazd. Gwiazda macierzysta, o masie co najmniej ośmiu mas Słońca, przechodzi serię procesów syntezy jądrowej, aż do uformowania żelaznego jądra. Zapadanie się tego żelaznego rdzenia prowadzi do uwolnienia fali uderzeniowej, wyrzucającej zewnętrzne warstwy gwiazdy w przestrzeń kosmiczną. Jeśli masa zapadającego się jądra jest mniejsza niż trzy masy Słońca, może to doprowadzić do powstania gwiazdy neutronowej. Jeśli jednak masa jądra przekroczy ten próg, zapadnie się ono w czarną dziurę.

Powstawanie supernowych typu I jest wciąż nieokreślone, choć uważa się, że supernowe typu Ia powstają w układach podwójnych składających się z umiarkowanie masywnej gwiazdy i białego karła, przy czym materiał przepływa do białego karła z jego większego towarzysza. Eksplozja termojądrowa następuje, gdy przepływ materiału jest wystarczający do podniesienia masy białego karła powyżej granicy Chandrasekhara. Biały karzeł w wybuchu supernowej typu Ia ulega całkowitemu zniszczeniu. Powstają pierwiastki promieniotwórcze, zwłaszcza nikiel-56. Kiedy nikiel-56 rozpada się na kobalt-56, a ten ostatni na żelazo-56, uwalniane są znaczne ilości energii, która odpowiada za większość światła emitowanego w ciągu kilku tygodni po eksplozji.

Obecnie badania supernowych są prowadzone przy użyciu specjalistycznych teleskopów oraz zaawansowanego oprogramowania, które systematycznie przeszukuje wyznaczone obszary nieba. Proces poszukiwań polega na porównywaniu świeżo uzyskanych obrazów z tymi, które zostały zarejestrowane wcześniej, w poszukiwaniu nagłego wzrostu jasności gwiazdy. Aby skutecznie przeprowadzić takie analizy, każdy obszar nieba, który ma zostać zbadany, musi być wcześniej zarejestrowany, tworząc tym samym referencyjny szablon do porównywania.

X-ray images: NASA/CXC/CIERA/R.Margutti et al; Optical image: SDSS

Wstawione zdjęcia pochodzą z należącego do NASA Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra i pokazują niewielki obszar galaktyki NGC 7331 przed wybuchem supernowej SN 2014C (po lewej) i po nim (po prawej). Kolory czerwony, zielony i niebieski oznaczają odpowiednio promieniowanie rentgenowskie o niskiej, średniej i wysokiej energii.

Pomimo ciągłego odkrywania supernowych, ich klasyfikacja pozostaje wyzwaniem ze względu na ograniczoną ilość danych oraz krótki czas widoczności obiektu na niebie. W raportowanych latach udokumentowano łącznie 41 862 supernowe. Znaczna część, 34 369 (81,2%), pozostała nieokreślona, co podkreśla wyzwania związane z klasyfikacją i charakterystyką wszystkich odkrytych supernowych. Amatorzy odegrali znaczącą rolę odkrywając i identyfikując 252 obiekty.

Dane te stanowią kluczowy wkład w naszą globalną perspektywę na temat ewolucji wszechświata. Badania supernowych pomagają nam zrozumieć nie tylko fizyczne mechanizmy tych zjawisk, ale także ich rolę w tworzeniu i kształtowaniu struktury kosmosu. W szczególności analiza supernowych typu Ia o stałej jasności staje się kluczowym narzędziem w pomiarze tempa rozszerzania się wszechświata.

Ograniczone dane na temat supernowych, w połączeniu z ich głębokim wpływem na ewolucję kosmosu, podkreślają znaczenie ciągłych badań. Zrozumienie widma supernowej jest kluczem do sklasyfikowania jej typu i zdobycia cennych informacji na jej temat.