Královny vesmírných explozí: 10 zajímavých faktů o supernovách

Život hvězdy představuje neustálý zápas gravitace, která stálici nutí smrštit se do co nejmenšího objemu, a tlakového gradientu, jenž ji naopak nafukuje. Poté, co hvězda spotřebuje své palivo, rovnováha mezi oběma silami skončí a nastává závěrečný souboj, v němž nakonec vždy zvítězí gravitace. Vlivem vlastní obrovské tíhy se stálice zhroutí do sebe a smrští se na setinu až stotisícinu původního poloměru. Výsledkem je bílý trpaslík, v případě velmi hmotných exemplářů pak dokonce neutronová hvězda nebo černá díra. A právě konec života hvězdných obrů, alespoň osmkrát hmotnějších než Slunce, provází sled událostí označovaný jako výbuch supernovy.

Kosmický ohňostroj

K fenomenálnímu završení existence ovšem vedou dvě cesty: Kromě již zmíněného zhroucení velmi hmotné hvězdy se takto může „odpálit“ i bílý trpaslík, tedy pozůstatek stálice podobné Slunci, který se nachází v těsné dvojhvězdě a krade hmotu svému společníkovi. Poté, co hmotnost trpaslíka překročí tzv. Chandrasekharovu mez, nastává nevyhnutelná exploze (viz Není jen jedna).

Bez ohledu na příčinu se však při výbuchu supernovy s trochou nadsázky otřese téměř celý vesmír: Exploze vytvoří rázovou vlnu, jež se šíří do dalekého okolí, a zároveň vznikne mimořádně jasná koule plazmatu. Svítivost objektu vzroste o více než čtyři řády, načež v průběhu týdnů či měsíců postupně klesá. Nejméně 10 % hmotnosti původní hvězdy se přemění na energii výbuchu, většina zbývající látky je rozmetána do okolí. 

Ačkoliv se mnohé z podstaty supernov dosud nepodařilo detailně prozkoumat, s jistotou můžeme popsat přinejmenším deset pozoruhodných faktů, jež se jich týkají…

1. Nejstarší v psané historii

V roce 185 si čínští hvězdáři všimli na obloze nového, neobvykle jasného a velkého bodu. Zaznamenali, že objekt svítí jako hvězda, a přitom zůstává na jednom místě – nepohybuje se tedy jako kometa. Během následujících osmi měsíců jeho záře pomalu slábla, až nakonec zmizel z dohledu. Tehdejší astronomové mu přezdívali „hvězda návštěvník“.

O dva tisíce let později, v 60. letech minulého století, vědci pozoruhodného návštěvníka vystopovali. Dnes se jedná o pozůstatek supernovy, nacházející se ve vzdálenosti osmi tisíc světelných let. Nese označení SN 185 a jde o nejstarší supernovu, o níž máme spolehlivý doklad v historických pramenech.

2. Továrny na chemické prvky…

Když velká hvězda vyčerpá své palivo a odpálí se jako supernova, spustí se lavina jaderných reakcí, v nichž vznikají ohromná množství rozmanitých atomů. Jak supernovy spojené s gravitačním zhroucením stálic, tak supernovy bílých trpaslíků, kteří si nakradli příliš mnoho látky, jsou zodpovědné za výrobu chemických prvků až do atomové hmotnosti železa. A podle řady odborníků tvoří i klíčové producenty těžších prvků než železo. 

Při výbuchu se do okolí rozprsknou těžší chemické prvky, jež „upekla“ jaderná fúze v nitru stálice. Z materiálu bývalých supernov vznikají molekulární mračna, z nichž se po čase mohou zformovat nové hvězdy a planety. Všechny atomy těžší než vodík, helium a zčásti též lithium – od kyslíku, který dýcháme, a vápníku v našich kostech až po železo v krvi – pocházejí z výhně explozí zhroucených stálic, a v tomto smyslu jsme tedy doslova dětmi hvězd. 

3. … a také na neutrina

Explodující supernova navíc během asi desetisekundového intervalu vychrlí nepředstavitelný výtrysk více než 10⁵⁸ neutrin. Jde o velmi málo hmotné částice, jež snadno prolétají běžnou hmotou. Pokud by chtěl někdo mimo žár supernovy letící neutrino zastavit, musel by použít vrstvu olova zhruba o mocnosti jednoho světelného roku. Ovšem v okamžiku výbuchu je centrum supernovy natolik husté a extrémní, že z něj nejprve nemohou uniknout ani neutrina. Jakmile se jim to však povede, odnesou s sebou 99 % veškeré energie exploze.

Neutrina jsou jako duchové mezi částicemi: Téměř nereagují s okolím a nesmírně obtížně se detekují přístroji. Tyto elementární částice ze skupiny leptonů jsou však ohromně zajímavé a vědci se intenzivně snaží se o nich dozvědět víc. Monitorují proto oblohu a pátrají po erupcích neutrin pomocí systému včasného varování SNEWS neboli SuperNova Early Warning System. Jde o síť detektorů rozmístěných na různých místech planety, přičemž každý je naprogramovaný tak, aby po zaznamenání výtrysku neutrin odeslal zprávu centrálnímu počítači. Pokud výtrysk zachytí dva a více detektorů, systém okamžitě vzburcuje astronomy po celém světě, aby pátrali po nové supernově. Varování SNEWS však může po přihlášení dostávat každý, koho supernovy zajímají.

4. Výkonné urychlovače částic

Podobně jako jiné extrémní objekty či úkazy ve vesmíru představují supernovy úžasné přírodní laboratoře, kde můžeme pozorovat a vlastně i na dálku „testovat“ různé fyzikální jevy a mechanismy. Supernovy mimo jiné urychlují částice na energie nejméně tisíckrát vyšší, než jakých se daří dosahovat na nejvýkonnějším urychlovači planety LHC v evropské organizaci CERN.

Když exploze supernovy proniká kosmickým plynem, vzniká magnetizovaná oblast rázové vlny. Pokud se do ní dostane nějaká částice z okolí, „zachytí“ se na magnetickém poli a dojde k jejímu urychlení. Jakmile se opět uvolní, vyletí do vesmíru jako vysokoenergetická částice kosmického záření. Po velice dlouhé cestě může nakonec narazit do atomu zemské atmosféry a vyvolat spršku dalších částic, jež padají k povrchu planety. Zmíněné spršky lze detekovat, a dozvědět se tak něco o původních částicích kosmického záření, urychlených supernovami na dalekou pouť vesmírem.

5. Pece radioaktivních izotopů

V explozích supernov nevznikají jen běžné atomy chemických prvků a neutrina. V jaderných reakcích v srdci supernovy se rovněž „upečou“ radioaktivní izotopy. Některé z nich přitom vysílají záření, například gama, jež můžeme ze Země pozorovat.

Radioaktivita vytvořených radioizotopů tvoří vlastně součást celého mechanismu, díky němuž jsou supernovy tak nesmírně jasné. Na základě radioizotopů vylétajících do okolí exploze lze rovněž určit, zda někdy v minulosti vybuchla supernova v blízkosti Země. V takovém případě by totiž naši planetu zasáhl gigantický spad.

Vědci zmiňované izotopy hledali v různých geologických vrstvách – a uspěli. Již v roce 1998 odhalili na dně oceánů vrstvy, které obsahují spoustu radioaktivního izotopu železa-60. Z poločasu rozpadu, který v daném případě činí 2,6 milionu roků, a z jeho průběhu odvodili, že se objevené železo-60 dostalo na Zemi z blízké supernovy asi před 2,8 milionu let.

Dokončení: Královny vesmírných explozí: 10 zajímavých faktů o supernovách (2) (vychází v neděli 17. října)