Supernovas SN 2023ixf novērošana 2023. gadā Pinwheel galaktikā sniedza unikālu iespēju pētīt kosmisko staru veidošanos, taču paredzamos gamma starus NASA Fermi teleskops nekonstatēja, kas liecina par daudz zemākiem enerģijas pārveidošanas rādītājiem, nekā gaidīts. Pateicība: NASA
SN 2023ixf novērojumi 2023. gadā radīja pārsteidzošus rezultātus attiecībā uz supernovu radīto kosmisko starojumu, kas potenciāli ietekmēja kosmisko staru izcelsmi un paātrinājuma mehānismus.
2023. gadā netālu esošā supernova sniedza astrofiziķiem lielisku iespēju pārbaudīt idejas par to, kā šāda veida sprādzieni palielina daļiņas, ko sauc par kosmiskajiem stariem, līdz gandrīz gaismas ātrumam. Taču pārsteidzoši, ka NASA Fermi gamma staru kosmiskais teleskops nekonstatēja nekādu augstas enerģijas gamma staru gaismu, kas šīm daļiņām būtu jārada.
2023. gada 18. maijā supernova izcēlās tuvējā Pinwheel galaktikā (Mesjē 101), kas atrodas aptuveni 22 miljonu gaismas gadu attālumā Lielās Ursas zvaigznājā. Notikums ar nosaukumu SN 2023ixf ir spožākā tuvumā esošā supernova, kas atklāta kopš Fermi palaišanas 2008. gadā.
Negaidīti rezultāti no Fermi teleskopa
“Astrofiziķi iepriekš lēsa, ka supernovas pārvērš aptuveni 10% no savas kopējās enerģijas paātrinātos kosmiskos staros,” sacīja Giljams Martī Devesa, pētnieks no Triestes universitātes Itālijā. “Taču mēs nekad neesam novērojuši šo procesu tieši. Izmantojot jaunos SN 2023ixf novērojumus, mūsu aprēķini ir noveduši pie pat 1% enerģijas konversijas dažu dienu laikā pēc sprādziena. Tas neizslēdz supernovas kā kosmisko staru rūpnīcas, bet tas nozīmē, ka mums ir vairāk, ko uzzināt par tā ražošanu.
Šis raksts, ko vadīja Martijs Devesa, atrodoties Insbrukas Universitātē Austrijā, tiks parādīts nākamajā žurnāla izdevumā. Astronomija un astrofizika.
Pat tad, ja gamma stari netiek atklāti, NASAFermi Fermi gamma staru kosmiskais teleskops palīdz astronomiem uzzināt vairāk par Visumu. Avots: NASA Godāras kosmosa lidojumu centrs
Kosmiskie stari un to izcelsme
Triljoniem triljoniem kosmisko staru katru dienu saduras ar Zemes atmosfēru. Aptuveni 90% no tiem ir ūdeņraža kodoli vai protoni, bet pārējie ir elektroni vai smagāku elementu kodoli.
Zinātnieki ir pētījuši kosmisko staru izcelsmi kopš 1900. gadu sākuma, taču daļiņas nevar izsekot līdz to avotiem. Tā kā tie ir elektriski uzlādēti, kosmiskie stari maina savu ceļu, ceļojot uz Zemi, pateicoties magnētiskajiem laukiem, ar kuriem tie saskaras.
“Gamma stari ceļo tieši pie mums,” sacīja Elizabete Heisa, Fermi projekta zinātniece NASA Godāras kosmosa lidojumu centrā Grīnbeltā, Merilendā. “Kosmiskie stari rada gamma starus, kad tie mijiedarbojas ar vielu savā vidē precīzāks priekšstats par kosmisko staru izcelsmi .
Freda Lorensa Vipa observatorijas 48 collu teleskops 2023. gada jūnijā uzņēma šo Pinwheel Galaxy (Mesjē 101) redzamās gaismas attēlu. Supernovas 2023ixf atrašanās vieta ir apvilkta. Observatoriju, kas atrodas Hopkinsa kalnā Arizonā, pārvalda Hārvarda-Smitsona astrofizikas centrs. Kredīts: Hiramatsu et al. 2023/Sebastians Gomess (STScI)
Supernovas kā kosmisko staru paātrinātāji
Astrofiziķiem jau sen ir aizdomas, ka supernovas ir lielākās kosmisko staru izraisītājas.
Šie sprādzieni notiek, kad zvaigznei, kuras masa ir vismaz astoņas reizes lielāka par Saules masu, beidzas degviela. Kodols sabrūk un pēc tam atsitiens, izspiežot triecienvilni uz āru caur zvaigzni. Trieciena vilnis paātrina daļiņas, radot kosmiskos starus. Kad kosmiskie stari saduras ar citu vielu un gaismu, kas ieskauj zvaigzni, tie rada gamma starus.
Supernovas lielā mērā ietekmē starpzvaigžņu vidi galaktikā. Sprādziena viļņi un izplešas gružu mākonis var ilgt vairāk nekā 50 000 gadu. 2013. gadā Fermi mērījumi parādīja, ka uz mūsu planētas pastāv supernovas paliekas piena ceļš Galaktikas paātrināja kosmiskos starus, kas, saduroties ar starpzvaigžņu vielu, rada gamma staru gaismu. Taču astronomi saka, ka paliekas neražo pietiekami daudz lielas enerģijas daļiņas, lai tās atbilstu zinātnieku mērījumiem uz Zemes.
Viena teorija liecina, ka supernovas var paātrināt enerģētiskākos kosmiskos starus mūsu galaktikā pirmajās dienās un nedēļās pēc sākotnējā sprādziena.
Taču supernovas ir reti sastopamas, un tādā galaktikā kā Piena ceļš notiek tikai dažas reizes gadsimtā. Apmēram 32 miljonu gaismas gadu attālumā supernovas notiek vidēji tikai reizi gadā.
Pēc mēneša novērojumiem, sākot ar pirmo redzamās gaismas teleskopu SN 2023ixf novērojumu, Fermi nespēja noteikt gamma starus.
Izaicinājumi un nākotnes pētījumi
“Diemžēl gamma staru neredzēšana nenozīmē, ka nav kosmisko staru,” sacīja līdzautors Matjē Reno, Monpeljē Visuma un daļiņu laboratorijas astrofiziķis, kas ir daļa no Francijas Nacionālā zinātniskās pētniecības centra. “Mums ir jāpārskata visas galvenās hipotēzes par paātrinājuma mehānismiem un vides apstākļiem, lai pārvērstu gamma staru neesamību par kosmisko staru ražošanas augšējo robežu.”
Pētnieki ierosina dažus scenārijus, kas varētu būt ietekmējuši Fermi spēju redzēt notikuma radītos gamma starus, piemēram, veidu, kā sprādziens izplatīja gružus un materiāla blīvumu, kas ieskauj zvaigzni.
Fermi novērojumi sniedz pirmo iespēju izpētīt apstākļus tūlīt pēc supernovas sprādziena. Papildu SN 2023ixf novērojumi citos viļņu garumos, jaunas simulācijas un modeļi, kuru pamatā ir šis notikums, un turpmākie citu jauno supernovu pētījumi palīdzēs astronomiem nokļūt līdz noslēpumainajiem kosmisko staru avotiem Visumā.
Fermi ir astrofizikas un daļiņu fizikas partnerība, ko pārvalda Goddārs. Fermi tika izstrādāts sadarbībā ar ASV Enerģētikas departamentu un ar nozīmīgu ieguldījumu no akadēmiskajām iestādēm un partneriem Francijā, Vācijā, Itālijā, Japānā, Zviedrijā un Amerikas Savienotajās Valstīs.
