Nobelova cena za fyziku 2011: výzkum supernov

Supernova je poslední fází života hvězdy. Je to obrovským výbuch s mimořádně vysokou svítivostí. Tato exploze je vidět na obrovskou vzdálenost.

A jak může dojít k této explozi?  Vedou k ní dvě cesty. Buďto se jedná o hvězdu velmi malou, takzvaného bílého trpaslíka, který doslova nakradl hmotu od nějakého jiného nebeského objektu, a nebo naopak o obrovskou hvězdu, která ze začala hroutit sama do sebe.

Začneme od toho druhého případu. Když se budeme bavit o té obří hvězdě, dejme tomu 10x větší, než je Slunce, tak tam se jedná o gravitační zhroucení hvězdy. Hvězdy tvoří pevné jádro a mohutný plynový obal - tzv. plazma, a v tom plazmatu se vodík spaluje na hélium a později na těžší látky. Ve hvězdě proti sobě působí dvě síly, které jí udržují v rovnováze. Gravitační, která by chtěla tu hvězdu vcucnout k jádru a potom sílu tvořenou chemickými reakcemi, které tu hvězdu rozpínají. Pokud hvězdě dojde palivo, začíná mít převahu ta gravitační část a hvězda se smršťuje. Se smršťováním se v nitru hvězdy zvyšuje tlak a dochází k postupnému spalování těžších prvků - uhlíku, neonu, kyslíku. Posledním prvkem je železné jádro, které se s rostoucím tlakem začíná hroutit. Nastává jev zvaný disociace, kdy železné jádro produkuje vysoce energetické záření alfa a gama. Tento jev energii neuvolňuje ale pouze pohlcuje a vlastně působí ve směru gravitačního smršťování. Jádro se tak ve zlomku sekundy zhroutí sama do sebe a přebytečnou energii vyzáří ve formě viditelného a neviditelného záření.

A co lehké hvězdy? Právě jejich analýza přinesla trojici vědců Nobelovu cenu.

Ty lehčí hvězdy, které odpovídají našemu Slunci, se na konci svého života smrsknou na takzvaného bílého trpaslíka. Rozměry hvězdy se scvrknou asi na jednu milióntinu původního objemu, ale její hmotnost zůstane stejná. Jeden cm³ v takovém trpaslíkovi váží asi jednu tunu. Pokud má takový bílý trpaslík ve své blízkosti jinou hvězdu, je z ní schopný krást hmotu. To proto, že jeho gravitace je pořád vysoká. A pokud tu hmotu krade ve velkém, jeho vnitřní teplota a tlak rostou neuvěřitelně rychle a hvězda vybuchne. Je to, jako kdybyste prudce zatopili pod papiňákem, který by neměl pojistný ventil. A ten výbuch nazýváme supernovou typu I.

K čemu jsou supernovy dobré?

Exploze supernov v minulosti vyprodukovala všechny těžší prvky, než je kyslík. Takže vápník v našich kostech, železo v hemoglobinu, které nám koluje v krevním oběhu – to je všechno výsledkem výbuchu supernov v dávných dějinách vesmíru. Takže, dá se říct, nebýt supernov někdy v minulosti, nejsme tu ani my.

A jak to bylo tedy s tou letošní Nobelovou cenou?

Není jednoduché zachytit ve Vesmíru supernovy, protože jsou většinou od nás hodně vzdálené. Supernova se rychle po několik týdnů zjasňuje, pak nastává krátká exploze a po ní jas postupně pohasíná po několik měsíců.  A zásluhou laureátů Nobelovy ceny se podařilo vyvinout metodu na hledání supernov ve vzdáleném vesmíru. Na základě jejich měření zjistili, že se Vesmír rozpíná mnohem rychleji. Na internetu jsou k dispozici články A. Riesse a S. Perlmuttera 

Jak se takové supernovy na obloze hledají?

Metoda je  to zdlouhavá. Zakládá se na porovnávání dvou, s odstupem tří týdnů udělaných snímků stejné části oblohy, která je tak malá, že člověk hledící večer na hvězdy ji zakryje posledním článkem palce na ruce natažené před sebou. A když mají astronomové štěstí, objeví mezi záběry rozdíl v podobě nepatrně svítící tečky. Může to být chyba zobrazení, ale i odlesk velmi vzdálené supernovy. To je pak nutno prověřit a v případě úspěchu celé měsíce dál měřit pohasínání sledovaného objektu. Vědci zkoumali 50 supernov ve vzdálenosti  několik miliard světelných roků, které ovšem byly méně jasné, než by odpovídalo jejich vzdálenosti. A odtud vyšla úvaha nakonec potvrzená dalšími experimenty, že se vesmír rozpíná stále rychleji .

Zajímavý článek věnovaný této problematice najdete na webu, který popularizuje vědu osel.cz. Zajímavá simulace fungování supernov je k vidění i na delším videu v angličtině, nebo na jiném, které simulují výbuch supernov typu I nebo II.

Foto bylo použito z webů http://hvezdy.astro.cz, http://engineering.curiouscatblog.net a http://www.astro-vesmir.estranky.cz/