O stea zombi sfidează moartea și dezvăluie secretele unei supernove

În adâncurile constelației Cassiopeia, la aproximativ 7.500 de ani-lumină de Pământ, se află unul dintre cele mai neobișnuite obiecte cunoscute de astronomi. În centrul unei nebuloase formate în urma unei explozii stelare strălucește un rest de stea care a supraviețuit catastrofei ce ar fi trebuit să-l distrugă complet.

Astronomii au numit-o steaua zombi, iar cele mai recente observații ale nebuloasei Pa 30 dezvăluie o structură mult mai complexă decât se credea. Imaginile obținute cu Telescopul Gemini North, prezentate într-un articol publicat de Universe Space Tech, arată că filamentele de gaz din jurul stelei sunt alcătuite din șiruri de aglomerări dense, asemănătoare unor perle înșirate pe fire invizibile.

Descoperirea nu este importantă doar pentru aspectul spectaculos al nebuloasei. Ea îi ajută pe cercetători să înțeleagă cum pot supraviețui unele stele unor explozii termonucleare și ce ne pot spune rămășițele acestora despre fizica evenimentelor stelare extreme.

O nebuloasă care păstrează urmele unei explozii medievale

Povestea nebuloasei Pa 30 începe în anul 1181, când observatorii cerului din Asia de Est și din lumea arabă au consemnat apariția unui obiect luminos nou în constelația Cassiopeia. Pentru astronomii vremii, acesta părea o stea care apăruse din senin. Obiectul a rămas vizibil timp de aproximativ șase luni, după care a dispărut din câmpul lor vizual.

Astăzi știm că asemenea apariții pot fi provocate de supernove, explozii în care stelele ajung la un sfârșit violent. Totuși, identificarea rămășițelor evenimentelor istorice s-a dovedit dificilă. Lumina exploziei poate dispărea după câteva luni, în timp ce gazul expulzat continuă să se extindă și să interacționeze cu mediul interstelar timp de secole sau chiar milenii.

Nebuloasa Pa 30 a fost identificată abia în 2013 de un astronom amator. Observațiile ulterioare au consolidat legătura dintre această structură și evenimentul din 1181, transformând-o într-un obiect deosebit de valoros pentru studiul supernovelor istorice.

La aproximativ 7.500 de ani-lumină distanță, Pa 30 se află suficient de aproape pentru ca telescoapele moderne să-i poată distinge structurile interne. Noile observații realizate cu Gemini North au scos la iveală de aproximativ zece ori mai multe filamente de gaz decât fuseseră identificate în observațiile anterioare. Această multitudine de structuri fine transformă nebuloasa într-un adevărat laborator cosmic, în care cercetătorii pot urmări urmele unei explozii petrecute cu peste opt secole în urmă.

Filamente de gaz alcătuite din aglomerări aproape identice

La prima vedere, filamentele nebuloasei Pa 30 seamănă cu niște raze subțiri care pornesc din regiunea centrală și se răspândesc în spațiu. Imaginile mai detaliate au dezvăluit însă că aceste filamente nu sunt simple șuvițe continue de materie. Ele sunt alcătuite din șiruri de aglomerări dense, dispuse succesiv, asemenea unor mărgele pe un fir. Ceea ce i-a surprins pe astronomi este faptul că aceste aglomerări au dimensiuni foarte asemănătoare.

Potrivit cercetătoarei Ilaria Caiazzo, fiecare aglomerare este suficient de mare încât regiunea planetară a Sistemului Solar să poată încăpea în interiorul ei de aproximativ zece ori. Este o comparație care ne ajută să înțelegem scara fenomenului: structuri individuale dintr-o nebuloasă pot depăși cu mult dimensiunile sistemului nostru planetar.

Dar de ce sunt aceste aglomerări atât de asemănătoare? Deocamdată, astronomii nu au un răspuns definitiv. Formarea lor ar putea fi legată de procesele fizice prin care gazul expulzat în timpul exploziei s-a fragmentat și s-a organizat în structuri dense.

Pentru a înțelege mecanismul, echipa de cercetători intenționează să compare observațiile cu modele teoretice. Reproducerea acestor forme în simulări ar putea dezvălui condițiile în care materia unei stele explodează, se răcește și se organizează în filamente.

Rezultatele studiului au fost publicate în revista științifică The Astrophysical Journal. Ele arată cât de multe informații pot ascunde structuri care, la o rezoluție mai redusă, par simple raze luminoase.

O stea zombi: cum poate supraviețui o pitică albă unei supernove?

Pentru a înțelege de ce obiectul central din Pa 30 este atât de neobișnuit, trebuie să privim spre una dintre posibilele etape finale ale evoluției stelare.

O pitică albă este nucleul dens rămas după ce o stea de masă relativ mică sau intermediară și-a epuizat combustibilul nuclear și și-a expulzat straturile exterioare. Deși are dimensiuni comparabile cu cele ale Pământului, poate conține o cantitate de materie apropiată de masa Soarelui.

Unele pitice albe pot ajunge la explozii termonucleare atunci când condițiile fizice permit declanșarea unor reacții rapide în materia lor. Într-o supernovă de tip Ia obișnuită, explozia distruge steaua. Există însă și o categorie rară, numită supernove de tip Iax, în care arderea termonucleară poate fi incompletă.

În cazul nebuloasei Pa 30, cercetătorii propun un scenariu în care două pitice albe s-ar fi ciocnit și ar fi interacționat violent. Explozia rezultată ar fi consumat sau expulzat doar o parte din materia obiectului, lăsând în urmă un rest stelar supraviețuitor.

Acesta este motivul pentru care steaua din centrul nebuloasei a primit porecla de „zombi”. Nu este vorba despre o stea care a revenit literalmente la viață, ci despre un obiect care a supraviețuit unui eveniment ce, în condiții obișnuite, l-ar fi distrus.

Steaua rămasă este extrem de fierbinte și continuă să emită radiație, iar materia expulzată în timpul exploziei formează nebuloasa din jurul său. Împreună, cele două componente oferă o ocazie rară de a studia atât supraviețuitorul, cât și consecințele exploziei.

Poziția stelei oferă indicii despre simetria supernovei

Unul dintre cele mai interesante rezultate ale noilor observații nu ține doar de forma nebuloasei, ci și de poziția stelei zombi în interiorul ei. Steaua se află aproape de centrul structurii formate în urma exploziei. Acest detaliu poate părea nesemnificativ, dar fizica îi conferă o importanță deosebită.

Atunci când o explozie expulzează mai multă materie într-o anumită direcție decât în celelalte, impulsul total trebuie conservat. Prin urmare, obiectul care supraviețuiește primește un impuls în direcția opusă, asemănător reculului unei arme de foc.

Dacă supernova din 1181 ar fi fost puternic asimetrică, restul stelar ar fi trebuit să capete o viteză apreciabilă și să se îndepărteze de locul exploziei. După aproximativ 845 de ani, deplasarea sa ar fi putut deveni suficient de mare pentru a fi măsurată.

Echipa de cercetători a determinat o limită superioară a vitezei cu care steaua se deplasează pe cer și a constatat că aceasta este remarcabil de mică. Rezultatul sugerează că materia a fost expulzată relativ uniform în direcții diferite, astfel încât impulsurile s-au compensat în mare măsură.

Această interpretare nu înseamnă că explozia a fost perfect simetrică în fiecare detaliu. Totuși, poziția actuală a stelei susține ideea unei explozii cu un dezechilibru redus al impulsului.

Comparația cu alte obiecte stelare este relevantă. LP 40-365, un alt rest de pitică albă asociat cu o explozie termonucleară incompletă, traversează Calea Lactee cu sute de kilometri pe secundă. Diferența dintre aceste obiecte sugerează că exploziile de tip Iax pot avea rezultate dinamice foarte diferite.

Poate nebuloasa Pa 30 să dezvăluie alte stele zombi?

În prezent, Pa 30 este singurul obiect cunoscut din Calea Lactee în care astronomii pot studia simultan o nebuloasă asociată unei supernove de tip Iax și steaua supraviețuitoare din centrul ei.

Această unicitate îi conferă o valoare științifică aparte. În galaxiile îndepărtate, supernovele de tip Iax pot fi detectate ca izbucniri luminoase, însă detaliile structurii lor interne sunt mult mai greu de observat. Pentru a distinge filamentele, aglomerările de gaz și restul stelar, cercetătorii au nevoie de obiecte suficient de apropiate.

Totuși, este posibil ca Pa 30 să nu fie un caz izolat. Observațiile istorice fiabile ale supernovelor acoperă doar o perioadă relativ scurtă în raport cu vârsta galaxiei noastre. Alte explozii similare ar fi putut avea loc cu mii sau zeci de mii de ani în urmă, iar rămășițele lor ar putea fi încă ascunse printre structurile complexe ale mediului interstelar.

Echipa coordonată de Tim Cunningham intenționează să folosească particularitățile nebuloasei Pa 30 pentru a căuta obiecte asemănătoare în seturi mari de date astronomice. Dacă vor fi identificate alte exemple, astronomii vor putea compara mai multe cazuri și vor putea înțelege mai bine cât de frecvente sunt exploziile termonucleare incomplete.

Pe măsură ce telescoapele devin mai performante, cercetătorii vor putea identifica structuri care înainte păreau prea slabe sau prea îndepărtate pentru a fi analizate în detaliu. Astfel, o stea care a supraviețuit unei explozii medievale ar putea deveni cheia pentru înțelegerea unei întregi categorii de fenomene stelare.