Zdjęcie w tle: NASA/JPL-Caltech/O. Krause (Steward Observatory)
Astronomowie korzystający z obserwatorium rentgenowskiego Chandra wykryli nowy izotop tytanu wewnątrz pozostałości po supernowej Casiopea A (Cas A). Odkrycie może przyczynić się do poszerzenia naszej wiedzy na temat mechanizmów zachodzących podczas wybuchu supernowych.
Kolory na poniższym zdjęciu odzwierciedlają zakres występowania niektórych pierwiastków. Barwy oznaczają kolejno: pomarańczowy – żelazo, fioletowy – tlen i zielony – krzem oraz magnez. Kolorem jasnoniebieskim zaznaczono zakres występowania dotychczas obserwowanych izotopów tytanu, zaobserwowanych przez obserwatorium NuSTAR NASA. Na obrazie nie zaznaczono zakresu występowania nowoodkrytego izotopu.
Na obrazie zaznaczono zakres występowania pierwiastków w pozostałości po supernowej Cas A.
Nowe badania z obserwatorium Chandra ujawniły struktury podobne do palców, zawierające chrom i tytan. Częściowo pokrywają się one z zasięgiem występowania żelaza (zaznaczonym na pomarańczowo). Nowo odkryty izotop tytanu jest stabilny i nie ulega rozpadowi radioaktywnemu. Wcześniej znaleziony przez NuSTAR tytan był niestabilny, przez co po około 60 latach przekształcał się w skand, a następnie w wapń.
Naukowcy mniej więcej wiedzą, przez jakie etapy przechodzi gwiazda podczas eksplozji. Gdy w jądrze ustanie synteza jądrowa, środek gwiazdy gwałtownie zapada się pod wpływem grawitacji i powstaje bardzo gęsty rdzeń, przeradzający się w gwiazdę neutronową lub czarną dziurę. Ciepło uwolnione w tym procesie tworzy falę uderzeniową, podobną do fali dźwiękowej, która przechodzi przez zewnętrzne warstwy gwiazdy i powoduje powstawanie izotopów cięższych pierwiastków.
Jednak rozważany do tej pory model nie jest w pełni poprawny. Większość symulacji komputerowych ujawnia, że przy aktualnym mechanizmie fala uderzeniowa zbyt szybko wytracałaby swoją energię. Aby to wytłumaczyć, stworzono nową trójwymiarową symulację, uwzględniającą, że neutrina powstałe podczas tworzenia gwiazdy neutronowej napędzają pęcherzyki, które oddalają się od centrum eksplozji. Takie bąbelki napędzałyby falę uderzeniową i wywoływały wybuch supernowej.
Warunki temperaturowe i gęstościowe, konieczne dla powstania chromu i stabilnego tytanu, odpowiadają tym z nowej symulacji, uwzględniającej powstawanie pęcherzyków napędzających supernową. Nowe odkrycie może zatem potwierdzić model eksplozji napędzanej przez neutrina. Gdyby takie założenia okazały się prawdziwe, być może udałoby się poznać tajemnice, skrywane przez niektóre supernowe.
Cas A znajduje się w naszej galaktyce i jest oddalona od Ziemi o 11 000 lat świetlnych. Jest to jedna z najmłodszych znanych nam pozostałości po supernowej, ma około 350 lat.
Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie Nature z dnia 22 kwietnia 2021 roku. Autorami artykułu byli Toshiki Sato (Uniwersytet Rikkyo w Japonii), Keiichi Maeda (Uniwersytet Kioto w Japonii), Shigehiro Nagataki (Klaster RIKEN dla Pionierskich Badań w Japonii), Takashi Yoshida (Uniwersytet Kioto), Brian Grefenstette (California Institute of Technology w Pasadenie), Brian J. Williams (NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt, MD), Hideyuki Umeda (University of Toyko), Masaomi Ono (RIKEN Cluster for Pioneering Research in Japan), Jack Hughes (Rutgers University w Piscataway, NJ).
