Mi is az a szupern�va

Az 1900-as �vekben tanulm�nyozott n�v�k minden bizonnyal olyan f�nyesek lehettek, mint a Tycho Brahe �s Kepler �ltal tanulm�nyozott sz�rnyetegek, vagy a k�nai asztron�musok �ltal m�g kor�bban megfigyelt n�v�k. 1934-ben egy sv�jci csillag�sz, Fritz Zwicky (1898-1974) ezeket a f�nyesen ragyog� n�v�kat szupern�v�knak nevezte el.

A szupern�v�k tanulm�nyoz�sa (k�z�ns�ges szemmel tart�sukon �s azon a meg�llap�t�son t�l, hogy nagyon f�nyesek) egy francia csillag�sszal, Charles Messier-vel (1730-1817) vette kezdet�t. �st�k�svad�sz volt, akit egy �zben egy olyan felh�szer� folt vezetett az orr�n�l fogva az �gen, amelyr�l bebizonyosodott, hogy nem lehet �st�k�s. Ez�rt az 1770-es �vekben egy olyan sz�mozott list�t k�sz�tett, amelyen felt�ntette az ilyen k�dfoltok helyzet�t a t�bbi �st�k�svad�sz figyelmeztet�se c�lj�b�l. A Messier list�j�n szerepl� objektumok gyakran �gy ismertek, mint M1, M2, �s �gy tov�bb, azoknak a sz�moknak az alapj�n, amelyeket nekik adott. K�s�bb kider�lt r�luk, hogy sokkal nagyobb jelent�s�ggel b�rnak, mint az �st�k�s�k. Itt van p�ld�ul a listavezet� objektum, az M1, ami egy k�dfolt a Taurus csillak�pben.

Az M1-est bizonyos r�szleteiben egy angol csillag�sz, William Parsons (1800-1867), Rosse harmadik gr�fja tanulm�nyozta 1844-ben. Hatalmas teleszk�pot �p�ttetett mag�nak, amely azonban hasznavehetetlennek bizonyult, mivel t�l nehezen lehetett vele man�verezni, �s mert a gr�f �rorsz�gi birtoka felett az �g szinte sohasem volt der�lt. Ennek ellen�re siker�lt megfigyelnie az M1-est, �s �gy t�nt neki, hogy az egy �rv�nyl� g�zfelh�, amelyben g�rb�tett f�nysz�lak l�that�k. Ezek a kamp�szer� k�pz�dm�nyek miatt az M1-est Karmos Felh�nek nevezte el, �s ez a n�v a mai napig rajta ragadt.
Legk�zelebb 1921-ben egy amerikai csillag�sz, John Charles Duncan (1882-1967) tanulm�nyozta, �s valamivel nagyobbnak tal�lta ann�l, ahogyan azt Rosse jelentette. A felh� teh�t terjeszkedett, �s Edwin Powell Hubble (1889-1953) amerikai csillag�sz azt �ll�totta, hogy helyzet�b�l �t�lve a Karmos Felh� az 1054-es szupern�varobban�s maradv�nya is lehet. A terjeszked�s m�rt�k�t lem�rt�k, �s visszafel� sz�molva meg�llap�tott�k, hogy az eredeti robban�snak val�ban kilencsz�z �vvel kor�bban kellett bek�vetkeznie.
	A szupern�va teh�t egy csillagrobban�s eredm�nye, ugyan�gy, mint a k�z�ns�ges n�va, csakhogy ez a robban�s sokkal nagyobb. De mi lehet a szuperrobban�s kiv�lt� oka?
A v�lasz fel� terel� els� �tbaigaz�t�s 1931-ben �rkezett. Ekkor egy indiai csillag�sz, Subrahmanyan Chandrasekhar (sz�l. 1910-ben), aki Angli�ban dolgozott, �ppen azt igyekezett kisz�m�tani, hogy mekkora lehet egy feh�r t�rpe t�mege. Min�l nagyobb volt a t�mege, ann�l jobban �ssze kellett s�r�s�dnie saj�t gravit�ci�s erej�nek hat�s�ra, �s Chandrasekhar kisz�m�totta, hogy egy bizonyos ponton t�l a feh�r t�rpe egyszer�en �sszeroppan. Ezt a pontot, amelyet Chandasekhar-hat�rnak neveztek el akkor �ri el egy csillag, amikor t�mege a nap t�meg�nek 1,44 szeres�t teszi ki. Enn�l nagyobb t�meg� feh�r t�rpe egyszer�en nem l�tezhet.
Ez a hat�r kezdetben nem t�nt k�l�n�sebben fontosnak, mivel a csillagok legal�bb 95 sz�zal�ka kisebb t�meg�, mint a nap 1,44 szerese. Ezek minden k�l�n�sebb neh�zs�g n�lk�l v�r�s �ri�sokk�, majd feh�r t�rp�kk� alakulhatnak. De m�g a nagy t�meg� csillagokb�l is lehetnek feh�r t�rp�k, mivel amikor egy ilyen csillag v�r�s �ri�ss� t�gul, majd pedig �sszeomlik, csak a bels� r�se marad meg. A k�ls� r�tegek h�tramaradnak, vagy pedig ki�ramlanak a k�ls� vil�g�rbe, �s planet�ris k�dfelh�t alkotnak. Term�szetes volt felt�telezni, hogy a v�r�s �ri�s t�meg�t�l f�ggetlen�l az �sszezsugorod� mag t�mege sosem haladja meg a nap t�meg�nek 1,44-szeres�t, �s minden neh�zs�g n�lk�l feh�r t�rp�v� alakulhat. (Mint hamarosan l�tni fogjuk, kider�lt, hogy ez nem �ppen �gy van.)
De tegy�k fel, hogy egy feh�r t�rpe t�mege kis h�j�n a nap t�meg�nek 1,44-szeres�t teszi ki, �s egy kett�s rendszer r�sze, amelyben a a m�sik tag egy k�z�ns�ges csillag. A feh�r t�rpe folyamatosan vonzza mag�hoz a k�z�ns�ges csillag anyag�t, �s azt hozz�adja a saj�t t�meg�hez. M�g akkor is, ha ez az anyag hidrog�n, amely f�zi� r�v�n h�liumm� alakul, a feh�r t�rp�vel fog maradni. Ennek pedig az lesz az eredm�nye, hogy a feh�r t�rpe t�mege lassan n�vekedni kezd, v�g�l el�gg� felgyarapodva ahhoz, hogy �tl�pje a Chandrasekhar-hat�rt. Amikor ez megt�rt�nik, a feh�r t�rpe tov�bb nem tudja fenntartani a szerkezet�t, �s felrobban. Ez a robban�s t�bb milli�szor nagyobb ann�l, amire a legfigyelemrem�lt�bb k�z�ns�ges n�va k�pes. Az ilyen szupern�va t�bb milli�rd k�z�ns�ges csillag f�ny�nek megfelel� er�ss�ggel ragyog fel, majd egy id� ut�n a f�ny fokozatosan eleny�szik, �s a feh�r t�rpe teljes eg�sz�ben megsemmis�l, semmit sem hagyva maga m�g�tt h�tra. Az ilyen robban�sok eredm�nyezik az I-es t�pus� szupern�v�kat, de l�tezik a szupern�v�k II-es t�pusa is, amelynek csak valamivel gyeng�bb a f�nyereje.
	Vil�gos, hogy a mi Napunkb�l sohasem lehet szupern�va. Ha feh�r t�rp�v� alakulna, annak t�mege j�val a Chandrasekhar-hat�r alatt maradna, csillagt�rsa pedig nincsen, amelyt�l tov�bbi t�meget nyerhetne. Az I-es t�pus� szupern�v�k sz�nk�p�b�l kider�lt, hogy nem tartalmaznak hidrog�nt. Erre sz�m�tani is lehetett, ha egyszer feh�r t�rp�k felrobban�sa r�v�n keletkeznek, hiszen am�g a v�r�s �ri�s feh�r t�rp�v� omlik �ssze, addig elhaszn�lja hidrog�ntartal�k�nak java r�sz�t, a k�z�ps� r�gi�kban pedig, amelyek s�r�s�d�sen mennek �t, az nem is tal�lhat�.
A II-es t�pus� szupern�v�k sz�nk�pe viszont rengeteg hidrog�nt mutat, arra utalva, hogy a robban�sban olyan csillag vesz r�szt, amely m�g nem �rte el a feh�r t�rp�k st�dium�t. Teh�t �gy t�nik, hogy maga a v�r�s �ri�s robban fel. Min�l nagyobb egy csillag, ann�l nagyobb v�r�s �ri�ss� n�vi ki mag�t, �s ann�l katasztrof�lisabb lesz az �sszeoml�sa is. Ha a csillag el�g nagy, ez a kollapszus olyan hirtelen �s drasztikus lehet, hogy a s�r�s�d� r�sz a fennmaradt hidrog�nmennyis�get is mag�val r�ntja, mire az f�zi�n megy kereszt�l, �s szupern�va sz�let�s�hez vezet. A II-es t�pus� szupern�v�k m�g valamiben k�l�nb�znek az I-es t�pust�l. Am�g a feh�r t�rp�k, amelyek I-es t�pus� szupern�vak�nt robbannak fel, nyomot sem hagynak maguk ut�n, addig a felrobban� �s II-es t�pus- k�nt �sszeoml� v�r�s �ri�sok maradv�nyokat hagynak h�tra. Mindazon�ltal ebb�l a maradv�nyb�l nem lesz feh�r t�rpe. Egyr�szt, ha a csillagnak el�g nagy volt a t�mege, mondjuk, a Nap t�meg�nek a h�sszorosa, akkor a maradv�nyok is meghaladn�k a Chandrasekhar hat�rt, vagyis t�l nagy lenne a t�meg�k ahhoz, hogy feh�r t�rp�v� v�ljanak. M�sr�szt az �sszeoml�s is lehet olyan viharos, a gravit�ci� olyan er�vel r�nthatja �ssze az anyagot, hogy m�g akkor is, ha annak t�mege nem haladja meg a nap t�meg�nek 1,44-szeres�t, akkor is a feh�r t�rp�k fejl�d�si szakasza alatt t�m�r�ten� mag�t.
De mi t�rt�nik akkor, ha az �sszeoml� csillag r�szei nem �rik el a feh�r t�rp�k fejl�d�si fok�t? 1934-ben Zwicky, �s t�le f�ggetlen�l egy amerikai fizikus, J. Robert Oppenheimer is ezzel a k�rd�ssel foglalkozott. Arra a meg�llap�t�sra jutottak, hogy a feh�r t�rp�knek szabad atommagokb�l �s elektronokb�l kell �llniuk, �s hogy ezek az elektronok egyfajta f�kk�nt m�k�dnek, amelyek megakad�lyozz�k, hogy a kollapszus t�l sok�ig folytat�dj�k. De ennek a f�knek csak korl�tolt kapacit�sa van a s�r�s�d�s meg�ll�t�s�ra. Ha a t�meg vagy az �sszeoml�s ereje t�l nagy, akkor az elektronok arra k�nyszer�lnek, hogy kapcsolatba l�pjenek a szabad atommagok protonjaival, �s neutronokat alkossanak. Ebben az esetben olyan csillag keletkezik, amely teljes eg�sz�ben neutronokb�l �ll, amelyek nem hordoznak elektromos t�lt�st, �s addig k�zel�thet�k egym�s- hoz, am�g �ssze nem �rnek. Egy neutronokb�l �ll� csillag annyira �sszezsugorodhat, hogy ha azel�tt a Nap t�meg�vel rendelkezett, akkor elf�r egy 14 kilom�ter �tm�r�j� g�mbben. Ezt nevezz�k neutroncsillagnak.
	Nagyon �rdekes gondolatmenet, de az 1930-as �vekben nem lehetett m�dot tal�lni egy ilyen par�nyi objektum �szlel�s�re. Amennyiben a Sz�riusz B feh�r t�rpe helyett neutroncsillag lenne, tov�bbra is arra tudn� k�nyszer�teni a Sz�riusz A-t, hogy hull�mvonal� p�ly�n mozogjon, de jelenlegi f�ny�nek csup�n 750 ezred r�sz�vel vil�g�tana. Magnit�d�ja 20, vagy m�g ann�l is t�bb lenne, �s legjobb teleszk�pjainkkal is alig l�thatn�nk. A Sz�riusz B azonban a hozz�nk legk�zelebb es� feh�r t�rpe. A csillag�szok �gy v�lt�k, hogy b�rmely m�s feh�r t�rpe, amennyiben neutroncsillag lenne, sz�munkra teljesen �szlelhetetlen lenne. �gy az eg�sz elk�pzel�s feled�sbe mer�l a k�vetkez� t�bb mint harminc �vre.

Szupern�va-robban�s 3D-ben el�sz�r

Cassiopeia-A k�pe �sszesen 56 �r�nyi expoz�ci�s id�vel k�sz�tett r�ntgenfelv�telek alapj�n. A legalacsonyabb energi�val sug�rz� ter�letek v�r�s, a k�zepesek z�ld, a legnagyobbak k�k sz�nnel l�that�k (NASA/CXC/SAO/D.Patnaude)

A m�r�ssorozat arra is r�mutatott, hogy a t�gul� szupern�va-maradv�ny egyes r�szei k�zel �ves id�sk�l�n vizsg�lva hol kif�nyesednek, hol pedig elhalv�nyodnak. A jelens�g a fenti folyamatok keret�ben egyre jobban gerjesztett r�szecsk�k sug�rz�s�t�l �ll el�, amelyek id�nk�nt leadj�k energi�juk jelent�s r�sz�t, �s ekkor halv�nyabb� v�lik az adott r�gi�, k�s�bb ism�t megn� az energi�juk, �s er�sebben sug�roznak, felf�nyesed�st okozva.

Meg�rkezett egy szupern�va �tsz�z �ves f�ny-visszhangja

A jap�n Subaru-teleszk�ppal egy k�zel f�l �vezrede fell�ngolt szupern�v�t vizsg�ltak. A megfigyel�shez a F�ld�nkh�z jelent�s k�s�ssel meg�rkez� �gynevezett f�ny-visszhangokat haszn�lt�k fel.1572. november 11-�n f�nyes szupern�va villant fel Galaxisunkban. A jelens�get Tycho Brahe, h�res d�n csillag�sz is megfigyelte, mint a Cassiopeia csillagk�pben felt�nt �j, a V�nuszn�l is f�nyesebb �gitestet. B�r a vend�gcsillag m�rciusra elhalv�nyodott, Cassiopeia-A n�ven ut�lag siker�lt a robban�s ut�n visszamaradt k�pz�dm�nyt azonos�tani.

Cassiopaia-A szupern�va-maradv�ny kompozitfelv�tele, ahol a v�r�s az infrav�r�s, a k�k, a z�ld �s a s�rga az egyre kisebb energi�j� r�ntgensug�rz�st jelzi (Subaru, NAOJ)

Ez a szupern�va-maradv�ny sz�mos megfigyel�s c�lpontja volt az elm�lt �vtizedekben, mivel viszonylag fiatal, k�zeli helyzet� �s ez�rt r�szletesen tanulm�nyozhat� objektum. Annak ellen�re, hogy a jelens�g m�r 436 �ve t�rt�nt, sug�rz�sa k�zvetett m�don m�g ma is vizsg�lhat�, m�ghozz� a f�ny-visszhangok seg�ts�g�vel.

Ut�bbiak keletkez�si folyamat�t az al�bbi �bra mutatja. Amikor egy �gitest er�s sug�rz�st bocs�t ki a t�r minden ir�ny�ba, leggyorsabban a k�zvetlen�l fel�nk indult sug�rnyal�bok �rkeznek meg. A m�s ir�nyokba indul� sug�rz�st innen a F�ldr�l nem is �rz�kelhetn�nk - kiv�ve, ha valahonnan annak egy r�sze fel�nk sz�r�dik. Ut�bbi esetben - a visszhanghoz hasonl�an - a k�zvetlen�l fel�nk halad� sug�rz�sn�l hosszabb utat futnak be ezek a sugarak, ez�rt k�s�bb is �rkeznek meg. A visszaver�d�s helye pedig id�ben eltol�dhat, ennek megfelel�en a f�nyvisszhangok �rkez�si ir�nya az �gen lassan t�volodhat a forr�st�l.

A f�ny-visszhangok keletkez�se �s a forr�sok ir�ny�nak eltol�d�sa (piros sz�nnel) (Subaru, NAOJ)

A Cassiopeia-A szupern�va-maradv�nyt l�trehoz� robban�s sug�rz�s�nak egy r�sze is ilyen f�ny-visszhangok form�j�ban jutott hozz�nk. Minderre a nagy t�vols�gok miatt t�bb sz�z �ves k�s�ssel ker�lt sor. Ennek megfelel�en, ha az eredetin�l sokkal gyeng�bb form�ban is, de ma is vizsg�lhatjuk az 1572-es robban�s sug�rz�s�t.

Egy nemzetk�zi kutat�csoportnak a Subaru-teleszk�pra r�gz�tett FOCAS detektorral siker�lt a f�ny-visszhangok sz�nk�p�t r�szletesen tanulm�nyoznia, amelyekben egyszeresen ioniz�lt szil�cium nyom�ra akadtak, mik�zben a hidrog�n klasszikus, �gynevezett H-alfa emisszi�ja nem mutatkozott.

Mindez az Ia t�pus� szupern�va-robban�sokra jellemz�. Ezek a kataklizm�k a klasszikus elgondol�s szerint akkor t�rt�nnek, amikor egy feh�r t�rpe a r� �t�raml� anyag r�v�n nagy t�meg�re h�zik, �s amikor �tl�pi a kritikus hat�rt, szupern�vak�nt l�ngol fel. Az ilyen robban�sok pontos oka m�g nem tiszt�zott, pedig fontos lenne: ezek a jelens�gek ugyanis t�vols�gbecsl�sre haszn�lhat�k. A m�dszer megb�zhat�bb� t�tel�ben egy ilyen r�gi robban�s elemz�se is t�mpontokat adhat.

A 2,2 m�teres calar altoi t�vcs�vel k�sz�lt felv�tel a f�ny-visszhangr�l (balra), �s ugyanez a Subaru felv�tel�n (jobbra). A n�gyzet a f�ny-visszhang 2002-es helyzet�t mutatja, a piros kereszt pedig a sz�nk�p k�sz�t�s�nek hely�t jelzi (Subaru, NAOJ)

A megfigyel�sek arra utalnak, hogy a k�rd�ses robban�s aszimmetrikus volt, azonban a pontosabb eredm�nyekhez tov�bbi m�r�sek sz�ks�gesek. Ez az els� alkalom, hogy saj�t galaxisunkban, a Tej�trendszerben egy�rtelm�en azonos�tottak egy Ia t�pus� robban�st. Hasonl�akat nagy sz�mban siker�lt m�r megfigyelni, de csak t�voli galaxisokban.

Elk�pzelhet�, hogy a Cassiopeia-A szupern�va-maradv�ny f�ny-visszhangjainak tov�bbi elemz�s�vel a robban�s lezajl�s�nak t�rbeli jellemz�i is rekonstru�lhat�k. Az Ia t�pus� robban�sok megismer�se nem csak a t�vols�gm�r�si m�dszerek pontos�t�sa miatt fontos - ezek a kataklizm�k sok neh�z elemet sz�rnak sz�t a csillagk�zi t�rben.