Supernowe to eksplozje kończące życie gwiazd o określonych parametrach, są tak jasne i wysokoenergetyczne, że mogą przez pewien czas przyćmić całą galaktykę. Występują w dwóch szerokich typach: typu I i typu II. Supernowe typu II są tak zwanymi supernowymi z kolapsem jądra. Pojawiają się, gdy masywna umierająca gwiazda łączy coraz cięższe pierwiastki w swoim jądrze, aż wyczerpią się opcje energetyczne, a jej jądro zapada się pod własnym ciężarem, co powoduje eksplozję.

Pierwotne rozróżnienie między typami polegało na tym, że linie emisji wodoru można było zobaczyć w zdarzeniach typu II, ale nie typu I. Na tej podstawie sądzono, że typ I prawdopodobnie wiązał się z kataklizmiczną eksplozją białych karłów, ponieważ białe karły nie zawierają dużo wodoru. Z biegiem czasu astronomowie odkryli, że podgrupa supernowych typu I zawiera linie emisyjne zjonizowanego krzemu podczas ich maksymalnej jasności, a te stały się znane jako typ Ia.

Prawdopodobnie słyszałeś o supernowych typu Ia, ponieważ mają bardzo użyteczne właściwości. Wszystkie mają tendencję do wybuchania z mniej więcej taką samą maksymalną jasnością. Oznacza to, że obserwując jego maksymalną widoczną jasność, można określić, jak daleko się znajduje. W astronomii nazywamy je świecami standardowymi i odgrywają kluczową rolę w kosmologii. Odkrycie kosmicznej ekspansji i ciemnej energii wynika z obserwacji supernowych typu Ia.

Prawdopodobnie występują, gdy biały karzeł ma bliskiego gwiezdnego towarzysza. Gdy gwiazda towarzysząca starzeje się i zaczyna się rozszerzać, gaz z gwiazdy jest przechwytywany przez białego karła. Trwa to do momentu, gdy biały karzeł wychwytuje zbyt dużo materii, aby utrzymać swój ciężar, osiągając masę około 1,4 Słońca. W tym momencie biały karzeł zapada się, wywołując eksplozję. Ponieważ masa krytyczna, znana jako granica Chandrasekhara, jest zawsze taka sama, supernowe mają podobną jasność.

Ale ponieważ typ Ia zależy od akrecji materii na białego karła, nie wszystkie są takie same. Kilka typów Ia jest znacznie jaśniejszych niż zwykle, z silnymi liniami absorpcji żelaza, i istnieje wariant znany jako Typ Iax, w którym biały karzeł może nie zostać całkowicie zniszczony. Nadal nie jesteśmy do końca pewni, w jaki sposób te supernowe są wyzwalane, dlatego ostatnie badania są tak ważne.

Badanie zostało właśnie opublikowane w Nature i opisuje pierwszą obserwację radiową supernowej typu Ia. Typy supernowych są identyfikowane przez ich linie widmowe w zakresie optycznym i podczerwonym. Obserwacje radiowe supernowych typu II pomogły astronomom zrozumieć, w jaki sposób bardzo duże gwiazdy kończą swoje życie. Ale nie mieliśmy obserwacji radiowych eksplozji białych karłów, ponieważ nie są one jasne na falach radiowych.

Następnie w 2020 roku Zwicky Transient Facility Camera w Obserwatorium Palomar uchwyciła supernową o nazwie SN 2020eyj. Było to niezwykłe, ponieważ obserwacje widm pokazały, że supernowa była otoczona gazem bogatym w hel. Zjonizowany hel emituje światło radiowe, więc zespół obserwował supernową na falach radiowych i z pewnością obserwował to wydarzenie.

Jest to ważne, ponieważ daje astronomowi lepsze zrozumienie środowiska prowadzącego do wybuchu supernowej. W tym przypadku gwiazda towarzysząca prawdopodobnie straciła większość swojej masy przed eksplozją. Część jego materii została przechwycona przez białego karła, ale większość z nich rozszerzyła się wokół gwiazd, tworząc środowisko bogate w hel.

Dzięki przyszłym obserwacjom radiowym astronomowie mogliby zrozumieć, dlaczego supernowe typu Ia występują w kilku wariantach. Może to również pomóc w udoskonaleniu ich zastosowania jako świec standardowych.

Supernowe są niezwykle powszechne we Wszechświecie. Na podstawie obserwacji izotopów takich jak aluminium-26 wiemy, że supernowa występuje średnio co około pięćdziesiąt lat w samej Drodze Mlecznej. Supernowa może przyćmić galaktykę, więc nie chciałbyś, aby twoja nadająca się do zamieszkania planeta znajdowała się w odległości kilku lat świetlnych, kiedy wybuchnie. Na szczęście większość supernowych miała miejsce bardzo daleko od Ziemi, ale rodzi to interesujące pytanie. Jeśli chodzi o supernowe, jak blisko jest zbyt blisko? Jak pokazują ostatnie badania, odpowiedź zależy od rodzaju supernowej.

Istnieją dowody geologiczne na to, że supernowe występowały w przeszłości dość blisko Ziemi. Izotop żelaza-60 ma okres połowicznego rozpadu wynoszący zaledwie 2,6 miliona lat i został znaleziony w osadach dna oceanicznego odłożonych około 2 miliony lat temu. Znaleziono go również w rdzeniach lodowych Antarktydy i księżycowym regolicie, co sugeruje wybuch supernowej w tym czasie. Próbki skorupy ziemskiej wskazują na dowody na inne zdarzenie supernowej około 8 milionów lat temu. Oba miały miejsce prawdopodobnie w odległości kilkuset lat świetlnych od Ziemi, być może nawet 65 lat świetlnych. Wydaje się, że żadna z tych supernowych nie spowodowała masowego wymierania całej planety, więc można by pomyśleć, że każda supernowa odleglejsza niż 100 lat świetlnych jest nieszkodliwa.

To nowe badanie sugeruje inaczej. Wcześniejsze badania koncentrowały się na dwóch niebezpiecznych okresach supernowej: ogólnej jasności początkowej eksplozji docierającej do planety z prędkością światła oraz strumieniu energetyzowanych cząstek, które mogą uderzyć w planetę setki lub tysiące lat później. Oba mają tendencję do słabych efektów na przestrzeni setek lat świetlnych. Pobliska supernowa może na jakiś czas przyćmić Księżyc, co wpłynęłoby na nocne wzorce niektórych stworzeń, ale nie wywołałoby masowego wymierania. Podobnie nasza atmosfera jest dobrą barierą dla promieni kosmicznych, dlatego ich wybuch przez pewien czas jest stosunkowo nieszkodliwy. Ale to badanie dotyczyło w szczególności światła rentgenowskiego emitowanego przez jakąś supernową i tutaj może się pogorszyć.

Promienie rentgenowskie są szczególnie dobre w zakłócaniu rzeczy takich jak ozon. Silna wiązka promieniowania rentgenowskiego z supernowej może usunąć warstwę ozonową z planety takiej jak Ziemia, pozostawiając ją otwartą na promieniowanie ultrafioletowe ze Słońca. Światło ultrafioletowe może wywołać powstanie warstwy smogu dwutlenku azotu, co doprowadziłoby do kwaśnych deszczy i de-greeningu planety na szeroką skalę.

Tak więc śmiertelna odległość supernowej zależy nie tylko od jej bliskości do planety nadającej się do zamieszkania, ale także od poziomu promieniowania rentgenowskiego, które generuje. Zespół przyjrzał się widmom rentgenowskim prawie trzech tuzinów supernowych w ciągu ostatnich 45 lat i obliczył śmiertelną odległość dla każdej z nich. Najbardziej nieszkodliwa była popularna supernowa z 1987 roku, która była bezpieczna w odległości około roku świetlnego. Najbardziej potencjalnie śmiercionośną była supernowa o nazwie 2006jd, która może zabić planetę nadającą się do zamieszkania z odległości do 160 lat świetlnych.

Żeby było jasne, nie ma w pobliżu żadnej gwiazdy, która stanowi potencjalne zagrożenie dla Ziemi, nawet Betelgeza. Ale te badania pomagają nam lepiej określić, gdzie planety nadające się do zamieszkania mogą przetrwać w naszej galaktyce. Tak jak planeta nadająca się do zamieszkania nie może znajdować się zbyt blisko swojej gwiazdy, tak układ planetarny nie może znajdować się zbyt blisko obszarów, w których supernowe są najczęstsze, takich jak centrum naszej galaktyki.