Ένα παράξενο σουπερνόβα εκρήγνυται προς τη λάθος κατεύθυνση

Ένα ισχυρό ωστικό κύμα που ταξιδεύει μέσα σε ένα νέφος αερίου που άφησε πίσω του ο εκρηκτικός θάνατος ενός άστρου, έχει μια παράξενη ιδιορρυθμία, σύμφωνα με μια νέα μελέτη: Ένα μέρος του ταξιδεύει προς τη λάθος κατεύθυνση.

Οι ερευνητές της μελέτης διαπίστωσαν ότι το ωστικό κύμα επιταχύνεται με διαφορετικούς ρυθμούς, με ένα τμήμα του να καταρρέει προς την προέλευση της αστρικής έκρηξης. Πρόκειται για ένα «αντίστροφο ωστικό κύμα», σύμφωνα με τους επιστήμονες.

Το Cassiopeia A (Κασσιόπη Α) είναι ένα νεφέλωμα ή νέφος αερίου που άφησε πίσω του ένας υπερκαινοφανής αστέρας στον αστερισμό της Κασσιόπης, σε απόσταση περίπου 11.000 ετών φωτός από τη Γη, γεγονός που το καθιστά ένα από τα πλησιέστερα υπολείμματα υπερκαινοφανών αστέρων. Το νεφέλωμα, το οποίο έχει πλάτος περίπου 16 έτη φωτός, αποτελείται από αέριο (κυρίως υδρογόνο) που αποβλήθηκε τόσο πριν όσο και κατά τη διάρκεια της έκρηξης που διέλυσε το αρχικό άστρο. Ένα ωστικό κύμα από την έκρηξη αυτή, εξακολουθεί να διαπερνά το αέριο και θεωρητικά μοντέλα δείχνουν ότι αυτό το ωστικό κύμα θα πρέπει να διαστέλλεται ομοιόμορφα, σαν ένα τέλεια στρογγυλεμένο μπαλόνι που φουσκώνει συνεχώς.

Αλλά οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι αυτό δεν συμβαίνει.

«Για μεγάλο χρονικό διάστημα υποψιαζόμασταν ότι κάτι περίεργο συνέβαινε στο εσωτερικό της Κασσιόπης Α», δήλωσε στο Live Science ο επικεφαλής συγγραφέας Γιάκο Βινκ, αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο του Άμστερνταμ στην Ολλανδία. Προηγούμενες μελέτες είχαν δείξει ότι οι εσωτερικές κινήσεις εντός του νεφελώματος ήταν «μάλλον χαοτικές» και υπογράμμισαν ότι η δυτική περιοχή του ωστικού κύματος που κινείται μέσα στο νέφος αερίων, θα μπορούσε ακόμη και να πηγαίνει προς τη λάθος κατεύθυνση.

Στη νέα μελέτη, οι ερευνητές ανέλυσαν την κίνηση του ωστικού κύματος, χρησιμοποιώντας εικόνες ακτίνων-Χ που συλλέχθηκαν από το Παρατηρητήριο Ακτίνων-Χ Chandra της NASA, ένα τηλεσκόπιο που βρίσκεται σε τροχιά γύρω από τη Γη. Τα δεδομένα, που συλλέχθηκαν επί 19 χρόνια, επιβεβαίωσαν ότι ένα μέρος της δυτικής περιοχής του ωστικού κύματος, υποχωρούσε προς την αντίθετη κατεύθυνση σε ένα αντίστροφο ωστικό κύμα. Επιπλέον, τμήματα της ίδιας περιοχής, εξακολουθούσαν να επιταχύνονται μακριά από το επίκεντρο του σουπερνόβα, όπως και το υπόλοιπο ωστικό κύμα.

Ανομοιόμορφη διαστολή

Η τρέχουσα μέση ταχύτητα του διαστελλόμενου αερίου στην Κασσιόπη Α είναι περίπου 21,6 εκατομμύρια χλμ/ώρα, γεγονός που το καθιστά ένα από τα ταχύτερα ωστικά κύματα που έχουν παρατηρηθεί ποτέ σε υπολείμματα σουπερνόβα, δήλωσε ο Βινκ. Αυτό οφείλεται κυρίως στο γεγονός ότι το υπόλειμμα είναι τόσο νέο- το φως από την Κασσιόπη Α έφτασε στη Γη το 1970. Όμως με την πάροδο του χρόνου, τα ωστικά κύματα χάνουν την ορμή τους από το περιβάλλον τους και επιβραδύνονται.

Η Κασσιόπη Α αποτελείται από δύο κύριες διαστελλόμενες ζώνες αερίου: ένα εσωτερικό κέλυφος και ένα εξωτερικό. Αυτά τα δύο κελύφη είναι τα δύο μισά του ίδιου ωστικού κύματος, και στο μεγαλύτερο μέρος του νεφελώματος, το εσωτερικό και το εξωτερικό κέλυφος, ταξιδεύουν με την ίδια ταχύτητα και προς την ίδια κατεύθυνση. Αλλά στη δυτική περιοχή, τα δύο κελύφη κινούνται προς αντίθετες κατευθύνσεις: Το εξωτερικό κέλυφος εξακολουθεί να διαστέλλεται προς τα έξω, ενώ το εσωτερικό κινείται πίσω προς το σημείο όπου θα βρισκόταν το αστέρι.

Το κύμα υποχωρεί με ταχύτητα περίπου 6,9 εκατομμύρια χλμ/ώρα, που είναι περίπου το ένα τρίτο της μέσης ταχύτητας διαστολής του υπόλοιπου νεφελώματος. Ωστόσο, αυτό που πραγματικά προβλημάτισε τους ερευνητές ήταν το πόσο γρήγορα το εξωτερικό κέλυφος διαστέλλεται σε σύγκριση με το εσωτερικό που υποχωρεί σε αυτή την περιοχή. Οι ερευνητές περίμεναν ότι το εξωτερικό κέλυφος θα διαστελλόταν με μειωμένο ρυθμό σε σύγκριση με το υπόλοιπο ωστικό κύμα, αλλά διαπίστωσαν ότι στην πραγματικότητα επιταχυνόταν ταχύτερα από ορισμένες άλλες περιοχές του ωστικού κύματος.

Κοσμική σύγκρουση

Η ασυνήθιστη διαστολή στη δυτική περιοχή της Κασσιόπης Α δεν ταιριάζει με τα θεωρητικά μοντέλα σουπερνόβα και υποδηλώνει ότι κάτι συνέβη στο ωστικό κύμα μετά την αστρική έκρηξη, εκτιμά ο Βινκ.

Οι ερευνητές δήλωσαν ότι η πιο πιθανή εξήγηση είναι ότι το ωστικό κύμα συγκρούστηκε με ένα άλλο κέλυφος αερίου που πιθανώς εκτινάχθηκε από το άστρο πριν αυτό εκραγεί. Καθώς το ωστικό κύμα χτύπησε αυτό το αέριο, μπορεί να επιβραδύνθηκε και να δημιούργησε μια αύξηση της πίεσης που έσπρωξε το εσωτερικό κέλυφος πίσω προς το κέντρο. Ωστόσο, το εξωτερικό κέλυφος μπορεί ακόμα να αναγκάστηκε να περάσει μέσα από αυτό το σημείο και να άρχισε να επιταχύνεται και πάλι από την άλλη πλευρά, δήλωσε ο Βινκ.

«Αυτό εξηγεί τόσο την προς τα μέσα κίνηση του εσωτερικού κελύφους αλλά και προβλέπει ότι το εξωτερικό κέλυφος θα έπρεπε να επιταχύνει, όπως πράγματι μετρήσαμε», πρόσθεσε.

Οι ερευνητές πιστεύουν επίσης ότι ο μοναδικός τρόπος με τον οποίο πέθανε το αρχικό άστρο θα μπορούσε να εξηγήσει το ανομοιόμορφο ωστικό κύμα. Η Κασσιόπη Α είναι το αποτέλεσμα ενός υπερκαινοφανούς αστέρα τύπου IIb, κατά τον οποίο ένα τεράστιο άστρο εξερράγη αφού είχε σχεδόν πλήρως αποβάλει τα εξωτερικά του στρώματα, εξήγησε ο Βινκ.

«Οι εκτιμήσεις των ακτίνων Χ υποδηλώνουν ότι το άστρο είχε περίπου τέσσερις έως έξι φορές τη μάζα του ήλιου κατά τη διάρκεια της έκρηξης», είπε ο Βινκ, αλλά όταν γεννήθηκε, πιθανότατα είχε μάζα περίπου 18 φορές τη μάζα του ήλιου. Αυτό σημαίνει ότι το άστρο έχασε περίπου τα δύο τρίτα της μάζας του, το μεγαλύτερο μέρος της οποίας θα ήταν υδρογόνο, πριν εκραγεί. Το ωστικό κύμα μπορεί αργότερα να συγκρούστηκε με αυτό το αέριο, είπε ο Βινκ.

Υπάρχουν διάφορες θεωρίες σχετικά με το γιατί η Κασσιόπη Α έχασε τόσο μεγάλο μέρος της μάζας της πριν εκραγεί. Τον Σεπτέμβριο του 2020, μια άλλη ομάδα ερευνητών πρότεινε ότι το αρχικό αστέρι ήταν μέρος ενός δυαδικού αστρικού συστήματος, όπου δύο αστέρια περιφέρονται το ένα γύρω από το άλλο. Είπε επίσης, ότι αυτό το συνοδευτικό αστέρι μπορεί να έγινε σουπερνόβα πριν από την Κασσιόπη Α και να εκτόξευσε το υδρογόνο του αστέρα.

Ωστόσο, οι συγγραφείς της νέας μελέτης δεν πείθονται από αυτή τη θεωρία. «Το μόνο πρόβλημα είναι ότι δεν έχουμε βρει ακόμη τα απομεινάρια του άλλου άστρου», δήλωσε ο Βινκ. «Έτσι, σε αυτό το στάδιο, παραμένει μια εικασία».

Η μελέτη δημοσιεύθηκε στις 21 Ιανουαρίου στο arXiv και έχει γίνει δεκτή για μελλοντική δημοσίευση στο «The Astrophysical Journal».

ΠΗΓΗ: Live Science