SN 2023ixf

Kako umiru zvijezde?

Odgovor nije jednostavan, a ovisi o tome koliko su masivne.

Masa je mama

Kao i kod ljudi, pretilost u zvijezda negativno utječe na njihov životni vijek. Gruba formula kaže kako se životni vijek zvijezde skraćuje za kub rasta u masi. Prevedeno na običan vokabular, ako će Sunce s jednom masom Sunca (logično) trajati 10 milijardi godina, onda će dvostruko masivnija zvijezda isti životni ciklus odraditi u 1.25 milijardi godina. Kako sam došao do te brojke? Po jednostavnoj formuli:

gdje je T trajanje života zvijezde, a m njena masa u masa Sunca. Broj koji dobijemo je faktor „trajanja“ zvijezde. Po tome izračun života već spomenute dvostruko masivnije zvijezde iznosi:

 

U ovoj formuli 10.000.000.000a je očekivano trajanje života Sunca (a=annum, lat. „godina“).

Kao što sam rekao, ova formula je gruba i ne vrijedi za one ekstreme slučajeve kod iznimno velikih ili malenih masa zvijezda. Sada, kada smo riješili koliko pojedina zvijezda traje, vratimo se na njene zadnje trenutke.

Crveni patuljci

Crveni patuljci, zvijezde do 0.6 masa Sunca, žive sporo, bez nekih uzbuđenja. Njihova masa je dovoljno malena da se energija u njima iz jezgre, gdje fuzija stapa vodik u teže elemente, prenosi konvekcijom. Materija kraj jezgre se zagrije i krene uzdizati do površine. Kada mjehur takve užarene materije stigne na površinu, onako vruć zna izazvati bljesak X-zraka. Iz tog razloga crveni patuljci, iako žive sporo i mirno, ponekad imaju tantrume kojima mogu spaliti planete u svojoj neposrednoj blizini.

Zbog svog sporog tempa fuzioniranja crveni patuljci žive dugo. Jedan „jači“ crveni patuljak, mase 0.6 Sunca, potrajat će oko 45 milijardi godina, dakle duže nego što je Svemir trenutno star. Sitniji crveni patuljak, s tek 0.08 Sunca, može potrajati čak 12.000 milijardi godina, 1200x duže od našeg Sunca. Kod ovakvih ekstremnih slučajeva gore spomenuta formula puca jer predviđa „samo“ 2.000 milijardi godina života.

Što će se dogoditi kada jedan crveni patuljak potroši sav vodik u jezgri, tj. počne umirati? Lagano će povećati sjaj i površinsku temperaturu, a onda kada stane fuzija i s njom pritisak kojim se odupire gravitacije, zvijezda će se urušiti u bijelog patuljka. Ovaj užareni ugarak, u kojem su atomi toliko zbijeni da su ostali bez elektronskih oblaka, lagano će se hladiti kroz milijarde godina. Ništa spektakularno.

Zvijezde slične Suncu

Ako je zvijezda masom između 0.6 i 10 masa Sunca, priča je drugačija. Nakon što potroši vodik u jezgri za fuziju, zvijezda se napuše u crvenog diva. Iako joj time pada temperatura, zbog veće površine ona sjaji više pa se ukupno čini puno sjajnija, čak 1000x više nego dok je bila normalna. Zvijezda svoje zadnje periode provodi grčeći se, skupljajući i šireći se kako njena fuzija mijenja gorivo. Na kraju to pulsiranje dovede do izbacivanja atmosfere o okolni Svemir. Ta atmosfera, koja čini možda 10% originalne zvijezde, naziva se planetarnom maglicom i lagano se širi, pritom se hladeći, a da bi se na kraju stopila sa međuzvjezdanim materijalom.

Planetarne maglice su zgodne za promatranje, crveni divovi nam ukrašavaju nebo, ali opet tu nema nekog instant spektakla. Za show moramo preći u sljedeću težinsku kategoriju.

Šampioni teške kategorije

Neumjerenost u gutanju vodika u fazi protozvijezde rezultira nastankom divovskih zvijezda koje vode kratke i burne živote. Zvijezda s masom većom od 10 sunčevih traje kratko, kraće od 10 milijuna godina. Za ljudski pojmove to je puno, ali za svemirske je treptaj oka. Takve zvijezde su plave, nekoliko desetaka tisuća puta sjajnije od Sunca, a kada potroše vodik za fuziju, njihov kraj je nagao i spektakularan.

S prestankom fuziju u jezgri, dolazi do naglog urušavanja zvijezde pod utjecajem gravitacije. Kako materijal iz plašta i atmosfere krene padati prema jezgri, tako kreće fuzija težih elemenata, koja u konačnici troši više energije nego proizvodi, ali to radi pri visokoj temperaturi. Sve to panično spaljivanje nuklearnog goriva konačno dovede do implozije, kada zvijezda proba fuzionirati željezo u teže materijale. To je proces koji više ne stvara energiju, nego je troši. U tom trenu kreće kolaps pri kojoj se jezgra zvijezde urušava u neutronsku zvijezdu ili čak direktno u crnu rupu.

Dok jezgra doživljava transformaciju u egzotično tijelo, implozija izbacuje vanjske dijelove zvijezde u okolni prostor pri jako visokoj temperaturi. Visoke temperature uzrokuju visoki sjaj materijala, ali kako je on u početnim fazama izbacivanja gust, svjetlo ostaje zarobljeno. Kako pada gustoća materijala, pada i njegova temperatura, ali isto tako postaje prozirniji za svjetlo. U jednom trenu temperatura materijala i njegova gustoća dosegnu optimum, gdje cijeli događaj postiže maksimalan sjaj. Nakon toga temperatura počinje padati dovoljno brzo da cjelokupni sjaj supernove počne padati, iako radioaktivni raspad materijala može donekle usporiti taj proces. Nakon godinu-dvije, materijal se toliko ohladi i razrijedi da supernova postane nevidljiva.

Ovaj događaj, u kojem se jezgra zvijezde urušava, zovemo tip-II supernovom. Postoje i tip-I supernove, ali one nisu predmet ovog posta. Zašto opisujem evoluciju zvijezda? Iz jednostavnog razloga što je jedna supernova tipa-II 18.05.2023. eksplodirala u galaksiji Messier 101. Upravo je ovih dana dosegnula maksimalan sjaj od 11. magnitude, otprilike 250x pretamna da bi se vidjela golim okom, ali zato bez problema u dometu teleskopa promjera 100mm.

SN 2023ixf

Supernovu SN 2023ixf otkrio je Koichi Itagaki, japanski lovac na supernove. Uočio ju je 19.05.2023. oko 17:27 UT, dok je imala prividan sjaj od +14.9 magnituda. Naknadni pregled materijala koji su snimili astrofotografi i profesionalni opservatoriji, otkrili su kako se sama eksplozija dogodila 18.05.2023. oko 19:30 UT. Tada je zabilježeno da se pojavila nova zvijezda s prividnim sjajem od +17.5 magnituda. Supernova je oko 24.05. dosegnula maksimalan sjaj od +11.05 magnituda. Ovaj rast od 6.5 magnituda u 6 dana znači kako je supernova povećala svoj sjaj za 400x!

Kako objekti na udaljenosti galaksije Messier 101 izgube oko 29 magnituda na sjaju (~400.000.000 puta), to znači kako je apsolutni sjaj SN 2023ixf iznosio – 18 magnituda, tj. da je njen maksimum sjaja nadmašio naše Sunce za 1.2 milijarde puta! Zamislite koja je to energija! Sjaj maksimuma supernove u jednom trenu je iznosio 1/20 cijele galaksije, a nju sačinjava oko bilijun zvijezda.

Gledanje spektakla svojim očima

U noći 22.05. odlučio sam pogledati SN 2023ixf sa 102mm refraktorom. Loše vrijeme spriječilo je promatranja u zadnja dva mjeseca, a ni večeras nisu bili neki uvjeti. Bilo je vedro, ali vlaga je bila visoka, neke pruge tanke naoblake su povremeno prelazile preko neba, a k tome sam promatrao iz vrta u sve više svjetlosno onečišćenom Novom Čiču. Iz tog razloga sam zaključio da nema smisla izvlačiti Tristača, već da će mali Yammat morati poslužiti.

Za zagrijavanje sam krenuo sa promatranjem kuglastog skupa Messier 5. Zgodan skup, sjajan već u malom teleskopu. Na najmanje povećanju od 32x, koje mi nudi APM Zoom okular, mogao sam nazrijeti granulaciju oko jezgre kuglastog skupa. Koristeći okolne zvijezde procijenio sam dimenzije skupa na 4.5 luč. minute u promjeru, s tim da sam jezgru procijenio na polovicu promjera skupa, tj. 2.3 luč. minute. Na 9h pri rubu skupa 1se ističe jedna samotna zvijezda.

Veće povećanje na skupu je samo dodatno istaknulo granulaciju te na 65x se gotovo mogla uočiti direktnim pogledom. Kada kažem granulacija, kužilo se da oko jezgre skupa ima nešto, ali nisu se vidjele pojedine zvijezde. Ona samotna zvijezda na 9h od jezgre skupa se i dalje isticala, bila je gotovo na rubu skupa, tj. 4/5 radijusa od centra. Na većem povećanju točnije sam procijenio dimenzije skupa na 5.6 luč. minuta u promjeru, s tim da jezgra je bila 1/3 promjera ili u grubo oko 1.9 luč. minuta. Kako je jezgra ostala sličnih dimenzija, a većim mi se učinio onaj oblak oko nje, moguće da je djelomična prilagodba na mrak uzrokovala rast dimenzija.

Zvijezda večeri

Nakon gledanja kuglastog skupa prebacio sam se na Messier 101. Sama galaksija je bila u zenitu te je ciljanje i traženje galaksije bila prvoklasna muka. Nije pomoglo što sam očekivao prizor kao u Tristaču pa sam se razočarao kada sam nakon klečanja u travi uočio okruglu, veoma tamnu i malenu mrlju. Mislio sam da će biti veća!

Kada sam utvrdio da je M101 pronađena, odmah sam učio zvjezdicu na 3h od središta mrljice, pri njenom rubu. Pretpostavio sam da je to supernova te sam zabilježio njen položaj i odredio prividan sjaj koristeći okolne zvijezde i pickeringovu metodu. Dobio sam tri rezultata, +10.72, +11.05 i +11.08 magnitude. Kako sam u neznanju koristio crvenkastu zvijezdu za usporedbu, rezultat od +10.72 magnitude odskače, dok se druga dva dobro poklapaju. U konačnici rezultat se zaokružuje na +11.1 magnitudu, jer vizualna procjena sjaja teško da može biti točnija od +/- 0.1 magnitude. Iako rijetko procjenjujem sjaj promjenjivih zvijezda, rezultat se dobro poklopio s ostatkom mjerenja na AAVSO. Trebao bih se aktivirati po pitanju promjenjivih zvijezda, jer su zgodne za promatranje, a na AAVSO sam u 10+ godina poslao tek 50-60 promatranja.

Ovo je tek treća supernova koju sam promatrao, prva je SN 2021fe, također iz galaksije M101. To je bila tip-Ia supernova, znatno sjajnija od SN 2023ixf. Druga supernova koju sam promatrao je bila SN 2014J u M82. Ovu supernova sam promatrao kroz oblake u siječnju 2014. i pritom skicirao.