Η σουπερνόβα SN 1054 και η δημιουργία του Νεφελώματος του Καρκίνου

Άρθρο, 4 Ιουλίου 2007

Ο διασημότερος, τουλάχιστον μέχρι σήμερα, ιστορικός σουπερνόβα στον Γαλαξία μας παρατηρήθηκε στις 4 Ιουλίου του 1054 από Ιάπωνες και Κινέζους αστρονόμους στον αστερισμό του Ταύρου. Ιστορικοί της Άπω Ανατολής απαριθμούν 5 ανεξάρτητα διατηρημένα αρχεία της εποχής εκείνης αυτού του γεγονότος. Ήταν ένα από 75 αυθεντικά 'προσκεκλημένα άστρα' - νόβα και σουπερνόβα χωρίς τους τυχόν κομήτες - που καταγράφονται συστηματικά από κινέζους αστρονόμους μεταξύ 532 π.Χ. και 1064 μ.Χ.

Την πιο ακριβή καταγραφή του γεγονότος αυτού την βρίσκουμε στην Κίνα, χάρη στην επιμέλεια του Γιανγκ Γουέι-Τε (Yang Wei-Te), αυτοκρατορικού αστρονόμου στην κινεζική αυλή υπό τη δυναστεία Σουνγκ (Sung), με εξαιρετική κατάρτιση στους αστερισμούς. Στις 4 Ιουλίου του 1054 ο Yang Wei-Te παρατήρησε την εμφάνιση ενός παράξενου άστρου στον ουρανό. Λίγα λεπτά πριν από την ανατολή του ήλιου, ένας άγνωστος αστέρας ανέτειλε στον ορίζοντα, πολύ πιο λαμπρός από την Αφροδίτη καθώς και από όλους τους αστέρες που είχαν εμφανιστεί ως τότε. Ακριβέστερα ήταν, περίπου, 4 φορές φωτεινότερο από την πιο φωτεινή Αφροδίτη στον ουρανό με φαινόμενο μέγεθος μεταξύ -7 και -4.5 (μόνο η Σελήνη είναι πιο φωτεινή), ενώ όπως έγραψε ο Yang Wei-Te στην αρχή είχε κίτρινο χρώμα και αργότερα έγινε ερυθρόλευκο.

Ο αυτοκρατορικός αστρονόμος τον ονόμασε ο 'προσκεκλημένος αστέρας' και κατέγραψε την εμφάνιση του στα χρονικά. Τον ανέφερε στον κύριο του παρουσιάζοντας τον με σύνεση ως ευνοϊκό οιωνό και συνέχισε να τον παρατηρεί συστηματικά. Ο 'προσκεκλημένος αστέρας' εξακολούθησε να παραμένει ορατός ακόμη και το καταμεσήμερο επί 23 ημέρες, ενώ η συνολική περίοδος στην οποία ήταν ορατός κατά τη διάρκεια της νύχτας ήταν δύο χρόνια. Τελικά ο νέος αστέρας εξαφανίστηκε και το θέαμα πήρε τέλος. Ο Yang Wei-Te είχε παρακολουθήσει την έκρηξη ενός σουπερνόβα με την απίστευτη λάμψη 250 εκατομμυρίων ήλιων.

Επίσης, το γεγονός αυτό πιθανώς να καταγράφηκε από καλλιτέχνες Ινδιάνους της φυλής Anasazi - στη σημερινή Αριζόνα - σε σπηλιές και φαράγγια της περιοχής τους. Μάλιστα ανακαλύφθηκαν αγγεία εκείνης της εποχής (μεταξύ 1050 και 1070 μ.Χ.) με χαραγμένο αυτό το γεγονός στην περιοχή του Νέου Μεξικού.  Είναι όμως αρκετά παράξενο, που κανένα αρχείο παρατηρήσεων ευρωπαίων ή αράβων αστρονόμων δεν έχει αναφέρει παρατηρήσεις αυτού του σουπερνόβα.

Κατόπιν, όλα λησμονήθηκαν μέχρι τη στιγμή που ο John Bevis, ένας ερασιτέχνης άγγλος αστρονόμος, ανακάλυψε το 1731 ένα νεφέλωμα στον αστερισμό του Ταύρου. Ως διάχυτο αντικείμενο καταχωρίστηκε με την ένδειξη «αριθμός 1» στον περίφημο κατάλογο του Μεσιέ. Ο Λόρδος Ρος, που μελέτησε τη μορφή του, του χάρισε το 1844 μια πιο κομψή ονομασία: Νεφέλωμα του Καρκίνου.

Αριστερά: Το Νεφέλωμα του Καρκίνου είναι τα αεριώδη συντρίμμια της κατάρρευσης του πυρήνα ενός σουπερνόβα που παρατηρήθηκε το 1054 μ.Χ.. Το πλάτος του φτάνει τα 11 έτη φωτός και επεκτείνεται με ένα ρυθμό περίπου 1.500 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο. Στο κέντρο είναι ένα άστρο νετρονίων που σκορπίζει σωματίδια, τα οποία αναγκάζουν το αέριο να καίγεται (μπλε χρώμα). Οι εξωτερικές ίνες αποτελούνται συνήθως από υδρογόνο και ήλιο από το διαλυμένο ογκώδες άστρο.

Το 1919, χάρη σε μια μετάφραση των χρονικών της κινέζικης αστρονομίας, ο Σουηδός Λούντμαρκ αντιλήφθηκε για πρώτη φορά τη σχέση που συνδέει το Νεφέλωμα του Καρκίνου με τον σουπερνόβα του 1054, καθώς και τα δύο εντοπίζονται στην ίδια περιοχή του ουρανού. Τέλος, το 1928, ο Έντουιν Χαμπλ - ο πατέρας της σύγχρονης κοσμολογίας - μέτρησε την ταχύτητα διαστολής του Νεφελώματος του Καρκίνου και, ανατρέχοντας στο παρελθόν, του απέδωσε μια ηλικία περίπου 900 ετών, πράγμα που συμφωνούσε απολύτως με την έκρηξη του 1054. Η ταύτιση ανάμεσα στον αστέρα και στα αέρια υπολείμματα του δεν άφηνε πια κανένα περιθώριο αμφιβολίας.

Το άστρο που εξερράγη ως σουπερνόβα αναφέρεται συχνά ως προγεννήτορας του υπερκαινοφανούς και απείχε 6.300 έτη φωτός από τη Γη. Ξέρουμε ότι δύο τύποι άστρων εκρήγνυνται ως σουπερνόβες: οι λευκοί νάνοι και τα τεράστια αστέρια. Στην σουπερνόβα τύπου Ia, τα αέρια που πέφτουν πάνω σε έναν λευκό νάνο αυξάνουν τη μάζα του έως ότου πλησιάσει σε ένα κρίσιμο επίπεδο, το όριο Chandrasekhar, με συνέπεια να γίνει μια κατακλυσμιαία έκρηξη. Στον τύπο Ib/c καθώς και στον τύπο ΙΙ το άστρο προγεννήτορας είναι ένα τεράστιο αστέρι που ξεμένει από τα αναγκαία καύσιμα με τα οποία τροφοδοτεί τις αντιδράσεις πυρηνικής σύντηξης και καταρρέει μέσα στο εσωτερικό του, φθάνοντας σε τέτοιες θερμοκρασίες που εκρήγνυται. Η παρουσία του πάλσαρ στο Νεφέλωμα του Καρκίνου σημαίνει ότι πρέπει να έχει σχηματιστεί ένα σουπερνόβα από την κατάρρευση του πυρήνα (δεύτερη περίπτωση). Ας σημειωθεί ότι οι σουπερνόβες τύπου Ia δεν παράγουν πάλσαρ.

Τα θεωρητικά μοντέλα των εκρήξεων αυτών προτείνουν ότι το αστέρι που εξερράγη για να παραγάγει το Νεφέλωμα του Καρκίνου πρέπει να είχε μάζα μεταξύ 8 και 12 ηλιακών μαζών. Τα αστέρια με μάζα μικρότερη από 8 ηλιακές μάζες είναι μάλλον πάρα πολύ μικρά για να παραγάγουν τέτοιες υπερκαινοφανείς εκρήξεις, και αντίθετα τελειώνουν τη ζωή τους παράγοντας ένα πλανητικό νεφέλωμα, ενώ ένα αστέρι βαρύτερο από 12 ηλιακές μάζες θα είχε παραγάγει ένα νεφέλωμα με μια διαφορετική χημική σύνθεση από αυτό που παρατηρείται στο Νεφέλωμα του Καρκίνου.

Ένα σημαντικό πρόβλημα στις μελέτες του Νεφελώματος του Καρκίνου είναι ότι το άθροισμα της μάζας του Νεφελώματος και του πάλσαρ είναι αρκετά λιγότερη από την προβλεφθείσα μάζα του προγονικού άστρου, και το πρόβλημα για την "ελλείπουσα μάζα" είναι ακόμα άλυτο. Οι υπολογισμοί για τη μάζα του Νεφελώματος γίνονται μετρώντας το συνολικό ποσό του φωτός που εκπέμπεται, και ο υπολογισμός της μάζας που απαιτείται δίνει τη θερμοκρασία και την πυκνότητα του Νεφελώματος. Το εύρος για τη μάζα υπολογίζεται να είναι 2 έως 3 ηλιακές μάζες. Η μάζα του πάλσαρ (άστρου νετρονίων) υπολογίζεται να είναι μεταξύ 1,4 και 2 ηλιακών μαζών ενώ περιστρέφεται τριάντα φορές το δευτερόλεπτο.

Η κυρίαρχη θεωρία για την ελλείπουσα μάζα του Καρκίνου είναι ότι ένα μεγάλο ποσοστό της μάζας του προγεννήτορα άστρου μεταφέρθηκε πριν από την υπερκαινοφανή έκρηξη με έναν γρήγορο αστρικό άνεμο στο διάστημα. Εντούτοις, αυτό το γεγονός θα είχε δημιουργήσει ένα φλοιό αερίου γύρω από το Νεφέλωμα. Αν και έχουν γίνει προσπάθειες σε διάφορα μήκη κύματος να παρατηρήσουν τέτοιο φλοιό, κανένας δεν το έχε βρει ακόμα.

Είναι γνωστό ότι από το 1610, που έγινε η εφεύρεση του  τηλεσκοπίου, δεν έχει εκραγεί κανένας υπερκαινοφανής στο Γαλαξία μας. Εντούτοις, τουλάχιστον πέντε υπερκαινοφανείς πρέπει να έχουν εμφανιστεί από τους μεσαιωνικούς χρόνους έως την αναγέννηση, γιατί καταγράφηκαν σε διάφορα χρονικά και σε ορισμένα βιβλία.

Στην προϊστορία, η έκρηξη που δημιούργησε τον αστέρα νετρονίων Geminga στον αστερισμό Δίδυμοι πρέπει να έγινε σε απόσταση περίπου μόνο 510 ετών φωτός από τη Γη. Υπολογίζεται πως στα επόμενα 1.000 χρόνια κάποια από τα αστέρια που απέχουν μόλις μερικές εκατοντάδες έτη φωτός, όπως ο Μπετελγκέζ που απέχει από εμάς 427 έτη φωτός, θα εκραγούν πιθανότατα ως υπερκαινοφανείς.

Πηγές: Wikipedia, physics4u, NASA

Οι γνωστοί υπερκαινοφανείς στο Γαλαξία