Rzadko obserwuje się echa świetlne rozchodzące się wokół supernowych. Ostatnio międzynarodowej grupie astronomów udało się zaobserwować Kosmicznym Teleskopem Huble’a aż cztery echa świetlne wokół supernowej SN 2016adj. Analiza obserwacji ukazała się w najnowszym numerze ApJL (The Astrophysical Journal Letters).
Echa świetlne powstają, gdy fotony emitowane podczas nagłego pojaśnienia źródła promieniowania (np. supernowe, nowe, cefeidy) rozpraszają się na obłokach pyłu międzygwiazdowego. Wyglądają jak łuki lub kosmyki świetlne.
Echa świetlne zostały odkryte w ciągu ostatnich stu lat po wybuchach gwiazd nowych w Drodze Mlecznej i poza nią. To zjawisko zostało z powodzeniem wyjaśnione w publikacji z 1939 roku autorstwa francuskiego astronoma Paula Coudereca na przykładzie wybuchu nowej GK Per z 1901 roku.
Wykorzystując obserwacje z Kosmicznego teleskopu Hubble’a, zespół astronomów z Dublina, Barcelony, Aarhus, Nowego Jorku i Garching stworzył animowany plik z rozszerzeniem gif, w którym na początku widać wybuch supernowej w środku obrazu. Następnie sukcesywnie pojawiają się pierścienie, gdy fala świetlna wygenerowana podczas wybuchu odbija się od kolejnych warstw pyłu w sąsiedztwie tego obiektu.
Animacja pokazująca jak w ciągu 5,5 roku od wybuchu (środek zdjęcia) rozchodzą się echa świetlne w gazie i pyle wokół supernowej SN 2016adj. Źródło: The Astrophysical Journal Letters (2022) 939 L8. https://doi.org/10.3847/2041-8213/ac93f8)
Główny autor publikacji, prof. Maximillian Stritzinger (Aarhus University, Dania): Ten zestaw danych jest wyjątkowy i pozwolił nam uzyskać unikalne, kolorowe obrazy i animacje, które prezentują ewolucję ech świetlnych w ciągu pięciu lat. Jest to rzadkie zjawisko, które zostało udokumentowane tylko dla niewielu supernowych.
Współautor publikacji dr Morgan Fraser (UCD School of Physics, Dublin, Irlandia) dodał: Pomimo, że Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba skupia większość naszej uwagi, to jego poprzednik Hubble nadal dostarcza niezwykłe obrazy Wszechświata. Kosmiczny Teleskop Hubble’a obserwuje niebo od ponad trzech dekad, więc możemy znaleźć zjawiska podobne do tego echa świetlnego, które zmieniają się wolno przez wiele lat.
Współautor publikacji dr Lluis Galbany (Institute of Space Sciences, Barcelona, Hiszpania) powiedział: Fala uderzeniowa z tego potężnego wybuchu supernowej biegnie na zewnątrz z prędkością ponad 10 tysięcy kilometrów na sekundę. Przed nią rozchodzi się rozbłysk światła wyemitowanego przez supernową i to jest przyczyna rozszerzających się pierścieni, które widzimy na zdjęciach. Supernowe budzą zainteresowanie, ponieważ podczas tych kosmicznych eksplozji wytwarza się wiele ciężkich pierwiastków takich, jak węgiel, tlen i żelazo, które tworzą naszą Galaktykę, gwiazdy i naszą planetę.
Współautor publikacji dr Stephen Lawrence (Hofstra University, New York, USA) powiedział: Bardzo dobrą analogią wziętą z życia jest widok finału pokazu sztucznych ogni – błysk światła z chmury na koniec pokazu rozświetla dym z wcześniejszych obłoków, które nadal jeszcze utrzymują się w tym obszarze. Porównując ciąg zdjęć wykonanych w ciągu kilku minut możesz wyznaczyć wszystko to, co nie jest bezpośrednio związane z ostatnim wybuchem, który rozświetlił okolicę – takie rzeczy, jak ile obłoków uformowało się do tej pory, jak nieprzeźroczysty jest dym z danego obłoku lub jak szybko i w jakim kierunku wieje wiatr.
Omawiana supernowa SN 2016adj, została po raz pierwszy zaobserwowana w 2016 roku w dobrze znanej, osobliwej galaktyce Centaurus A, która jest odległa od 10 do 16 milionów l.św. od Ziemi. Astronomowie śledzili przez pięć i pół roku obszar nieba wokół supernowej po tym jak stopniowo malała jej jasność.
W galaktyce Centaurus A jest mnóstwo pasm z pyłem i gdy rozchodzące się we wszystkich kierunkach światło po wybuchu supernowej z czasem zderza się z tymi pyłowymi obszarami – następuje ich pojaśnienie coraz dalej i dalej od pierwotnego położenia supernowej, tworząc ciąg rozszerzających się świecących pierścieni zwanych echami świetlnymi.
Obserwacje zmian w tych pierścieniach z biegiem lat pozwalają badaczom poznać rozkład pasm pyłowych w tej galaktyce w pobliżu miejsca wybuchu. Dane sugerują, że składają się one z kolumn pyłowych z dużymi dziurami pomiędzy nimi, przypominając kawałek sera szwajcarskiego.
Prof. Maximillian Stritzinger powiedział: Centaurus A jest ogromną galaktyką eliptyczną. Są to galaktyki głównie spokojne, wolne od pyłu i bez młodych gwiazd skłonnych do wybuchów jako supernowe, ale Centaurus A jest inny. Jest to silne źródło promieniowania radiowego i zawiera widoczne pasma pyłu z formującymi się młodymi gwiazdami Jest to wskaźnik, że ta galaktyka niedawno „pożarła” mniejszą galaktykę spiralną i materia jeszcze nie osiągnęła stanu równowagi, ponieważ może zająć to setki milionów lat. Obserwacje ewolucji tych ech świetlnych mogą pomóc nam lepiej zrozumieć takie gwałtowne zderzenia galaktyk.
Do tej pory zaobserwowano cztery oddzielne echa świetlne, które powstały w czterech oddzielnych warstwach pyłu. Zespół astronomów, którego członkiem jest również dr Ferdinando Patat (European Southern Observatory, Garching, Niemcy) zamierza nadal obserwować za pomocą Hubble’a to zjawisko licząc, że ujawni się więcej pierścieni świetlnych. Poza tym być może zostanie uzyskane widmo tych czterech ech świetlnych, które w praktyce prezentują ukryte widmo supernowej.
Wyjaśnienie dlaczego dla obserwatora wydaje się, że echo świetlne pozornie może poruszać się nawet z prędkością większą od prędkości światła (promień niebieski B) w porównaniu do bezpośredniej obserwacji (promień żółty A). Jest to złudzenie geometryczne, ponieważ dla obserwatora na Ziemi wydaje się, że ścieżki promieni świetlnych B i C wychodzą z tego samego punktu na niebie, ale nie dotyczy to odległości. Faktycznie promień świetlny B ma do pokonania do obserwatora znacznie mniejszy dystans niż C i porusza się z prędkością światła. Źródło: Wikipedia
Seria zdjęć supernowej SN 2016adj z odjętym tłem galaktyki macierzystej od +7 do +1991 dni po maksimum jasności w filtrze B (pole widzenia 4,″36x4,″36). Kolejne wiersze pokazują wyłanianie się i ewolucję wielu ech świetlnych w następujących filtrach Kosmicznego Teleskopu Hubble’a: F438W (pierwszy wiersz), F547M (drugi wiersz) i F814W (trzeci wiersz). Dodatkowo w czwartym wierszu jest pokazany obraz na daną chwilę przetransformowany do barw RGB, do których jest „przyzwyczajone” ludzie oko. Z tych obrazów została przygotowana animacja.
Pierwsze echo (LE1) pojawiło się jako półokrąg na zdjęciu w +34 dniu po maksimum jasności supernowej, staje się wyraźnie widoczne +75 dnia i stopniowo rozszerza się aż do 1991 dnia. Supernowa przestaje być widoczna na zdjęciu +302 dnia. Na ostatnim zdjęciu pojawiają się fragmenty pierścienia świetlnego LE2 (wewnątrz LE1) oraz LE3 i LE4 (poza LE1). Źródło: The Astrophysical Journal Letters (2022) 939 L8. https://doi.org/10.3847/2041-8213/ac93f8)
Schemat graficzny wielu warstw nieprzeźroczystego pyłu znajdujących się wokół supernowej SN 2016ajd w kierunku, z którego widzimy na Ziemi wielokrotne echa świetlne LE1, LE2, LE3 i LE4. Na rysunku parabole wskazują na powierzchnie o równym czasie podróży światła do obserwatora. Poziome, przerywane linie oznaczają oszacowaną odległość zSM w parsekach od supernowej do warstwy pyłu generującego dane echo świetlne zgodnie z podstawowym wzorem teorii echa świetlnego (1) z omawianej publikacji, a pionowe linie przerywane – grubość warstwy pyłu generującego dane echo świetlne. Warto zauważyć, że warstwy pyłu niekoniecznie rozciągają się symetrycznie po obu stronach względem kierunku obserwacji. Tutaj ρring oznacza pozorny promień echa świetlnego w parsekach rzutowany na sferę niebieską. Źródło: The Astrophysical Journal Letters (2022) 939 L8. https://doi.org/10.3847/2041-8213/ac93f8)
Więcej informacji:
- Publikacja naukowa (dostęp otwarty - Creative Commons Attribution 4.0 licence): „Hubble Space Telescope Reveals Spectacular Light Echoes Associated with the Stripped-envelope Supernova 2016adj in the Iconic Dust Lane of Centaurus A,”Maximilian D. Stritzinger et al, 2022, ApJL (The Astrophysical Journal Letters) 939 L8. https://doi.org/10.3847/2041-8213/ac93f8
- Hubble captures rare 'light echo' from star explosion
Opracowanie: Ryszard Biernikowicz
Źródło: DIAS
Na ilustracji: „negatyw” zdjęcia supernowej SN 2016adj w filtrze F555W Kosmicznego Teleskopu Hubble’a z odjętym tłem galaktyki macierzystej w +1991 dniu po maksimum jasności w barwie B. Na zdjęciu zaznaczone jest położenie czterech ech świetlnych za pomocą kolorowych pierścieni i oznaczeń LE1, LE2, LE3 i LE4. Żaden z tych pierścieni nie jest w całości wypełniony światłem, ponieważ obłoki pyłu są niejednorodnie rozmieszczone. Źródło: The Astrophysical Journal Letters (2022) 939 L8. https://doi.org/10.3847/2041-8213/ac93f8)
