Cassiopea A - továrna na výrobu chemických prvků

Astronomové dlouho studovali explodované hvězdy a jejich pozůstatky – známé jako pozůstatky po výbuchu supernov – za účelem lepšího pochopení toho, jak hvězdy vytvářejí a následně rozšiřují po vesmíru většinu chemických prvků pozorovaných na Zemi. Vzhledem ke svému unikátnímu postavení je Cassiopeia A (Cas A) jedním z nejpodrobněji studovaných pozůstatků supernov. Je od Země vzdálen 11 000 světelných roků. Studovaný útvar s rozptýlenými chemickými prvky je s teplotou několika miliónů stupňů velmi horký a svítí převážně v oboru rentgenového záření, které registrovala observatoř Chandra X-ray Observatory.

Nový snímek z rentgenové kosmické observatoře NASA ukázal rozmístění různých chemických prvků po explozi: křemík je znázorněn červenou barvou, síra žlutou barvou, vápník zeleně a železo fialově. Každý z těchto prvků produkuje rentgenové záření v úzkém rozpětí vlnových délek, takže jej mohla Chandra snadno identifikovat i dlouho po explozi. Rentgenové teleskopy, jaký například používá observatoř Chandra, jsou důležité při studiu pozůstatků supernov a chemických prvků, které vytvořily, protože tyto události probíhají při velmi vysokých teplotách několika miliónů stupňů a přetrvávají i několik tisíc roků po explozi. To znamená, že většina pozůstatků po explozi supernovy (včetně Cas A) září intenzivně především v oboru rentgenových paprsků, které nelze registrovat jinými typy dalekohledů.

Pozorování rentgenového záření s vysokým rozlišením pomocí družice Chandra umožnilo astronomům shromáždit detailní informace o chemických prvcích, které byly při explozích hvězd, jako v případě Cas A, vytvořeny. Observatoř byla schopna nejen určit přítomnost prvků, ale také jejich množství. Zjistila například, že se v nitru zaniklé hvězdy vytvořila síra v množství 10 000 zemských hmotností a množství křemíku odpovídající 20 000 hmotnostem Země. Množství vytvořeného železa je asi 70 000 hmotností Země. Astronomové rovněž detekovali obrovské množství kyslíku v rozsahu jednoho miliónu hmotností Země, což odpovídá trojnásobku hmotnosti Slunce. Přestože kyslík je nejvíce zastoupeným prvkem ve zdroji Cas A, jeho rentgenové záření je rozprostřeno napříč širokým spektrem energií a nemohlo být zobrazeno na tomto snímku, na rozdíl od jiných prvků, které jsou zde zobrazeny různými barvami.

V rozptýleném pozůstatku exploze supernovy Cas A byly rovněž detekovány i další chemické prvky, které nejsou na publikovaném obrázku zaznamenány, jako například uhlík, dusík, fosfor a vodík. Všechny zjištěné prvky jsou nutné pro život a mají důležité zastoupení v lidském těle. V kombinaci s kyslíkem se jedná o chemické prvky potřebné k vytvoření DNA, což je molekula, která přenáší genetickou informaci.

V průběhu svého života hvězda přeměňovala vodík a hélium v důsledku jaderných reakcí ve svém nitru na těžší prvky prostřednictvím procesu známého jako nukleosyntéza. Energie uvolňovaná při jaderné fúzi těžších a těžších chemických prvků byla v rovnováze s gravitační silou hvězdy. Reakce probíhaly tak dlouho, dokud se v jádru hvězdy nevytvořilo železo. V tomto okamžiku další nukleosyntéza prvků již nemohla probíhat, takže nakonec převládla gravitace, hvězda se smrštila a vytvořila husté hvězdné jádro označované jako neutronová hvězda. Následně došlo k mohutné explozi a prvky vytvořené nukleárními reakcemi byly vyvrženy do okolí při explozi supernovy.

Družice Chandra byla vypuštěna do vesmíru v roce 1999. Během své činnosti opětovně pozorovala pozůstatek po explozi supernovy Cas A. Jednotlivé soubory dat odhalily nové informace o neutronové hvězdě ve zdroji Cas A – například pomohla určit detaily o explozi, mj. jaký materiál byl vyvržen do okolního prostoru.

Astronomové se domnívají, že explodovaná hvězda zahájila svůj život při celkové hmotnosti 16× převyšující naše Slunce. Během svého života ztratila přibližně dvě třetiny hmoty v důsledku intenzivního hvězdného větru a záření několik stovek tisíc let před explozí. V době výbuchu měla hmotnost rovnající se pětinásobku hmotnosti Slunce.

Zdroj: http://chandra.harvard.edu/photo/2017/casa_life/  

autor: František Martinek