Vůbec poprvé se vědcům podařilo získat čistou rentgenovou detekci chloru a draslíku v troskách bývalé hvězdy. Využili k tomu data z observatoře XRISM, kterou provozuje japonská agentura JAXA s pomocí americké NASA. Přístroj Resolve na palubě teleskopu XRISM detekoval stopy zmíněných prvků v pozůstatku supernovy označované jako Cassiopeia A, či krátce Cas A. Expandující oblak trosek se nachází zhruba 11 000 světelných let od nás v souhvězdí Kasiopeji na severní obloze. „Tento objev nám pomáhá ilustrovat, jak jsou spolu do základů provázaná smrt hvězd a život na Zemi,“ vysvětluje Tošiki Sato, astrofyzik z univerzity Meiji v Tokyu a dodává: „Na noční obloze hvězdy vypadají, jako kdyby se tiše leskly, ovšem ve skutečnosti aktivně vytvářejí materiály, ze kterých se tvoří planety a které umožňují život, jak jej známe. Nyní, díky XRISM, máme lepší představu o tom, kdy a jak hvězdy vytvářejí důležité, ale těžko zjistitelné prvky.“

Vědecký článek o výsledcích této studie byl publikován 4. prosince v časopise Nature Astronomy. Sato vedl studii s Kai Matsunagou a Hirojuki Učidou, přičemž oba jsou z Kjótské univerzity. Projekt teleskopu XRISM vede Japonská kosmická agentura JAXA ve spolupráci s NASA a s podílem z Evropské kosmické agentury ESA. NASA a JAXA také společně vyvinuly přístroj Resolve.

Hvězdy vytvářejí téměř všechny prvky ve vesmíru těžší než vodík a helium pomocí jaderných reakcí. Teplo a tlak způsobují fúzi lehčích atomů (jako je třeba uhlík) a postupně vznikají stále těžší prvky (jako třeba neon). Postupně tak v útrobách hvězd vznikají vrstvy materiálů, které lze přirovnat k cibuli. Jaderné reakce se odehrávají také během explozivních jevů jako jsou výbuchy supernov. K nim dochází, když hvězdě dojde palivo, zkolabuje a vybouchne. Hojnost prvků a jejich lokalita v troskách hvězdy mohou vědcům prozradit informace o původní hvězdě a to dokonce i po stovkách, či tisících let. Některé prvky (jako kyslík, uhlík, či neon) jsou běžnější než jiné a detekují se snáze. Vědci je tak mohou vystopovat až k určité fázi života hvězdy.

Jiné prvky (jako třeba chlor či draslík) jsou vzácnější. Jelikož o nich mají vědci méně dat, je těžší modelovat, kde se v hvězdě vytvořily. Tyto vzácnější prvky stále hrají důležitou roli v pozemském životě. Například takový draslík pomáhá fungovat buňkám a svalům v našich tělech, takže astronomové mají velký zájem na dohledání jeho kosmického původu. Zhruba kulový pozůstatek supernovy Cas A se táhne v průměru skoro 10 světelných let a je starý přes 340 let. V jeho centru se ukrývá superhustá neutronová hvězda – pozůstatek jádra původní hvězdy. Vědci již dříve využili teleskop Chandra od NASA k detekci stop železa, křemíku, síry a dalších prvků v Cas A.

Při lovu dalších prvků tým použil přístroj Resolve na palubě observatoře XRISM. Cas A pozoroval v prosinci 2023 celkem dvakrát. Výzkumníci byli schopni v datech objevit stopy chloru a draslíku, určili, že pozůstatek obsahuje poměry prvků mnohem vyšší, než se očekávalo. Resolve také detekoval možný náznak fosforu, který byl již dříve v Cas A pozorován v infračervených vlnových délkách.

„Vysoké rozlišení přístroje Resolve a jeho citlivost umožnily taková měření,“ říká Brian Williams, projektový vědec mise XRISM z Goddardova střediska v marylandském Greenbeltu a dodává: „Kombinace schopností XRISM s těmi, které mají jiné mise, umožnila vědcům detekovat a měřit tyto vzácné prvky, které jsou tak důležité pro vznik života ve vesmíru.“ Astronomové si myslí, že hvězdná aktivita by mohla narušit vrstvy jaderné fúze ve hvězdách předtím než explodovaly. Takovýto převrat mohl vést k trvalému, rozsáhlému míchání hmoty uvnitř hvězdy, které vytvořilo podmínky pro vznik chloru a draslíku v hojném množství. Vědci také zmapovali pozorování Resolve na snímek Cas A pořízený teleskopem Chandra a ukázali, že prvky byly soustředěny v jihovýchodní a severní části zbytku. Toto nerovnoměrné rozložení může znamenat, že hvězda sama o sobě měla před explozí základní asymetrie, což naznačují údaje z observatoře Chandra, které byly zveřejněny na začátku tohoto roku ve studii vedené Satoem.

„To, že máme možnost provádět měření těchto vzácnějších prvků s dobrou statistickou přesností nám skutečně pomůže pochopit jadernou fúzi, která probíhá ve hvězdách před výbuchem supernovy a během něj,“ zmínil Paul Plucinsky, z Center for Astrophysics na Harvard & Smithsonian v Cambridge, stát Massachusetts a dodal: „Měli jsme podezření, že klíčovou roli hraje asymetrie, a nyní máme více důkazů, že tomu tak skutečně je. Stále však existuje mnoho věcí, kterým nerozumíme, pokud jde o to, jak hvězdy explodují a rozptylují všechny tyto prvky po vesmíru.“

Přeloženo z:
https://science.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/xrism_s2_356.png
https://assets.science.nasa.gov/…/XRISM_Resolve_CasA_Potassium.png?w=2519&h=2031&fit=clip&crop=faces%2Cfocalpoint
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/resolve_detector.jpg