Astronomi so prvič izdelali podrobno napoved, kje v bližnji galaksiji lahko v prihodnosti pričakujemo zvezdne eksplozije. Raziskava, osredotočena na spiralno galaksijo M33 v ozvezdju Trikotnika, odpira nov pogled na to, kako supernove oblikujejo razvoj galaksij in medzvezdni prostor. M33 je od Zemlje oddaljena približno 2.7 milijona svetlobnih let in velja za enega najboljših naravnih laboratorijev za takšne študije.
V raziskavi so znanstveniki združili nove zemljevide hladnega atomskega vodika, pridobljene z ameriško Nacionalno znanstveno fundacijo in radijskim teleskopom Very Large Array (NSF VLA), z opazovanji molekularnega plina v milimetrskih valovih z observatorijem ALMA v Čilu. S tem so dobili doslej najbolj celovit vpogled v okolja, v katerih bodo masivne zvezde v prihodnosti eksplodirale kot supernove.
Masivne zvezde svoje življenje končajo v silovitih eksplozijah, ki pomembno vplivajo na razvoj galaksij. Supernove mešajo plin, sprožajo galaktične vetrove in v vesolje raznašajo težke elemente, ki so ključni za nastanek novih zvezd in planetov. Kako močan je ta vpliv, pa je močno odvisno od okolja, v katerem pride do eksplozije.
Eksplozija v gostem molekularnem oblaku ima povsem drugačne posledice kot eksplozija v razpršenem, redkejšem medzvezdnem mediju. Do zdaj so imeli astronomi malo možnosti, da bi ta vprašanja sistematično preučevali, saj so supernove redke in pogosto predaleč, da bi jih lahko opazovali dovolj podrobno.
Nova študija to omejitev obide tako, da se ne osredotoča na že eksplodirane zvezde, temveč na kraje, kjer do eksplozij šele bo prišlo.
Zemljevid prihodnjih eksplozij
Raziskovalna ekipa je v galaksiji M33 pri različnih valovnih dolžinah kartirala plin v okolici tisočev razvitih masivnih zvezd. Gre za zvezde, za katere astronomi pričakujejo, da bodo v nekaj milijonih let končale kot supernove s kolapsom jedra.
Te plinske zemljevide so raziskovalci dopolnili s katalogi treh vrst objektov: rdečih superorjakinj, zvezd Wolf-Rayet in ostankov supernov. Rdeče superorjakinje so napihnjene, umirajoče masivne zvezde in so predhodnice večine supernov tipa II. Zvezde Wolf-Rayet so še bolj masivne, vroče in kratkožive ter so povezane z eksplozijami z ogoljeno ovojnico in nekaterimi izbruhi gama žarkov. Ostanki supernov pa označujejo kraje, kjer so masivne zvezde eksplodirale v zadnjih 10.000 do 100.000 letih.
Presenetljiva slika zvezdnih okolij
S takšnim pristopom so astronomi sestavili prvi obsežen in kvantitativni popis okolij, v katerih masivne zvezde končajo svoj obstoj. Glavni avtor raziskave Sumit Sarbadhicary z Univerze Johns Hopkins je poudaril, da so bili rezultati nepričakovani.
Ugotovili so, da bo velik delež prihodnjih supernov eksplodiral zunaj gostih molekularnih oblakov, kjer zvezde nastajajo. Le približno 30–40 % rdečih superorjakinj in podoben delež že znanih ostankov supernov se nahaja v območjih z zaznavnim molekularnim vodikom. Preostala večina leži v manj gostem, pretežno atomskem plinu.
Tudi med najbolj masivnimi in najmlajšimi zvezdami Wolf-Rayet približno 45 % primerov ne kaže zaznavnega molekularnega plina neposredno na svoji lokaciji. Hkrati pa skoraj vse te zvezde prebivajo znotraj širšega diska hladnega plina: več kot 90 % jih najdemo v območjih, kjer je prisoten atomarni vodik.
To pomeni, da številne supernove ne bodo eksplodirale sredi gostih zvezdotvornih oblakov, temveč v bolj razpršenem medzvezdnem mediju. V takšnih okoljih lahko udarni valovi supernov potujejo dlje, preden se ohladijo, in na drugačen način vbrizgajo energijo in zagon v galaksijo.
Vloga mase zvezde
Raziskava je razkrila tudi jasen trend, povezan z maso zvezd. Večja kot je rojstna masa zvezde, gostejše je povprečno okolje, v katerem se nahaja. Najmasivnejše rdeče superorjakinje in zvezde Wolf-Rayet se statistično pogosteje pojavljajo v bližini vrhov gostote molekularnega plina.
To podpira teorijo, da najbolj masivne zvezde zaradi kratke življenjske dobe eksplodirajo, še preden se lahko bistveno oddaljijo od svojih rojstnih oblakov ali preden se ti oblaki razpršijo. Kljub temu pa študija kaže, da so tudi ta okolja pogosto bolj zapletena, kot se zdi na prvi pogled.
V enem od podrobnih primerov, posnetih z izjemno visoko ločljivostjo ALMA, se zvezda Wolf-Rayet, ki je pri grobem pogledu videti umeščena v gost oblak, v resnici nahaja v majhni votlini, široki približno 10 svetlobnih let. Ta votlina je bila verjetno izklesana z intenzivnim sevanjem, zvezdnimi vetrovi ali celo prejšnjo supernovo in bo močno vplivala na potek prihodnje eksplozije.
Pomen za računalniške simulacije galaksij
Rezultati imajo pomembne posledice za računalniške simulacije galaksij. Ker takšne simulacije ne morejo neposredno izračunati dogajanja na ravni posameznih zvezd in oblakov, morajo približno oceniti, kje in kako se pojavljajo supernove. Novi opazovalni popis omogoča preverjanje teh ocen z realnimi podatki.
Raziskovalci poudarjajo, da bodo takšni zemljevidi ključni za izboljšanje modelov, ki opisujejo vpliv sevanja, zvezdnih vetrov, pobeglih zvezd in kopičenja plina. Primerjave kažejo, da bodo nekateri modeli potrebovali prilagoditve, da se bodo bolje ujemali z opazovanimi okolji v resničnih galaksijah.
Pogled naprej
Ekipa načrtuje razširitev raziskave na dodatnih 80 galaksij z aktivnim nastajanjem zvezd. V prihodnosti bodo na voljo tudi še podrobnejši zemljevidi M33 z ALMA, ki bodo razkrili še bolj zapletena okolja okoli masivnih zvezd.
Z obravnavo razvitih masivnih zvezd in nedavnih ostankov supernov kot smerokazov prihodnjih eksplozij astronomi postopoma gradijo celovitejše razumevanje, kako supernove oblikujejo galaksije, kot je M33, in tudi našo Mlečno cesto. Raziskovalci iz Nacionalnega radioastronomskega observatorija poudarjajo, da so prav takšni zemljevidi medzvezdnega plina ključni za razumevanje paradoksa, v katerem zvezde nastajajo iz plina, a ga hkrati s svojimi eksplozijami tudi razpršujejo – procesa, ki v končni fazi poganja evolucijo galaksij.
