Yaklaşık 11.300 yıl önce, devasa bir yıldız yok oluşun eşiğindeydi. Dış katmanlarını uzaya saçarken enerjiyle dolup taşıyor, sonunda bir süpernova olarak patlıyordu. Geriye kalan kalıntı, en çok incelenen süpernova kalıntılarından biri: Cassiopeia A (Cas A). Chandra X-ışını teleskobunun yeni gözlemleri, bu yıldızın son anlarına dair daha fazla ayrıntı ortaya çıkarıyor.
Cas A'nın ana yıldızının kütlesi yaklaşık 15 ila 20 güneş kütlesi arasındaydı, bazı tahminler ise 30 güneş kütlesine kadar çıkabiliyordu. Muhtemelen bir kırmızı süperdevdi, ancak doğası ve süpernova patlamasına giden yolu hakkında tartışmalar devam ediyor. Bazı astrofizikçiler, yıldızın bir Wolf-Rayet yıldızı olabileceğini düşünüyor.
Her halükarda, yıldız sonunda bir çekirdek çökmesi süpernovası olarak patladı. Demir çekirdeği oluştuğunda, yıldız artık kendini destekleyemedi ve patladı. Cas A'nın ölümünden yayılan ışık, 1660'lı yıllarda Dünya'ya ulaştı.
Gök gözlemcilerinin bu süpernova patlamasını doğrudan gördüğüne dair kesin kayıtlar bulunmamakla birlikte, astronomlar modern zamanlarda Cas A süpernova kalıntısını farklı dalga boylarında büyük bir titizlikle incelediler.
The Astrophysical Journal'da yayımlanan yeni bir araştırma, Chandra'nın elde ettiği yeni bulguları ele alıyor. Makalenin başlığı "Cassiopeia A Süpernovası Öncesi Son Anlarda Homojen Olmayan Yıldız Karışımı". Araştırmanın baş yazarı Japonya'daki Meiji Üniversitesi'nden Toshiki Sato.
Baş yazar Sato bir basın açıklamasında, "Her Chandra verisi Cassiopeia A'yı incelediğimizde yeni ve heyecan verici bir şeyler öğrendiğimiz anlaşılıyor. Şimdi bu değerli X-ışını verilerini aldık, güçlü bilgisayar modelleriyle birleştirdik ve olağanüstü bir şey bulduk," dedi.
Süpernovaları incelemedeki zorluklardan biri, gözlemlerimizin patlamalarıyla tetiklenmesidir. Bir süpernovanın patlamadan önceki son anlarının ayrıntılı bir şekilde anlaşılması zordur. Yazarlar makalelerinde, "Son yıllarda teorisyenler, büyük yıldızların içindeki son süreçlere büyük ilgi gösteriyor, çünkü bu süreçler nötrino güdümlü süpernova mekanizmalarını ve büyük yıldız çöküşlerinin potansiyel diğer geçici olaylarını ortaya çıkarmak için önemli olabilir. Ancak, patlamadan önceki büyük bir yıldızın son saatlerini doğrudan gözlemlemek zordur, çünkü yoğun gözlemsel çalışmanın başlangıcını tetikleyen süpernova olayıdır," diye belirtiyor.
Büyük bir yıldızın süpernova patlamasına giden süreç, giderek daha ağır elementlerin çekirdeğin derinliklerinde nükleosentezini içerir. Yüzey tabakası hidrojendir, ardından helyum, sonra karbon ve daha ağır elementler gelir. Sonunda, yıldız demir üretir. Ancak demir bu sürece bir engel oluşturur, çünkü daha hafif elementler füzyona uğradıklarında enerji salarken, demirin daha fazla füzyona uğraması daha fazla enerji gerektirir. Demir çekirdekte birikir ve çekirdek yaklaşık 1.4 güneş kütlesine ulaştığında, çöküşü önleyecek yeterli dış basınç kalmaz. Yerçekimi kazanır, çekirdek çöker ve yıldız patlar.
Chandra'nın gözlemleri, modelleme ile birleşerek astrofizikçilere çökmeden önceki son anlarında yıldızın içine bir bakış sağlıyor.
Japonya'daki Kyoto Üniversitesi'nden araştırmanın ortak yazarlarından Kai Matsunaga, "Araştırmamız, Cassiopeia A'daki yıldız çökmeden hemen önce, büyük miktarda silikon içeren iç tabakanın bir kısmının dışarı doğru hareket ettiğini ve bol miktarda neon içeren komşu bir tabakaya girdiğini gösteriyor. Bu, bu iki katman arasındaki bariyerin ortadan kalktığı şiddetli bir olay," dedi.
Sonuçlar iki yönlüydü: Silikon açısından zengin malzeme dışarı doğru hareket ederken, neon açısından zengin malzeme içeri doğru hareket etti. Bu, elementlerin homojen olmayan bir şekilde karışmasına neden oldu ve neon açısından zengin küçük bölgelere yakın silikon açısından zengin küçük bölgeler bulundu.
Bu, araştırmacıların 'kabuk birleşmesi' olarak adlandırdığı sürecin bir parçasıdır. Bunun, yıldız aktivitesinin son aşaması olduğunu söylüyorlar. Bu, oksijen yakma kabuğunun, yıldızın içindeki dış karbon ve neon yakma kabuğunu yuttuğu yoğun bir yanma sürecidir. Bu, yıldız süpernova olarak patlamadan sadece anlar önce gerçekleşir. Yazarlar araştırmalarında, "Kabuk birleşmesiyle oluşan şiddetli konvektif tabakada, yıldızın O-zengini tabakasında bol bulunan Ne, içeri doğru çekilirken yakılır ve içinde sentezlenen Si dışarı taşınır," diye açıklıyorlar.
Birbirine karışmış silikon-zengin ve neon-zengin bölgeler bu sürecin kanıtıdır. Yazarlar, silikon ve neonun patlamadan hemen önce veya hemen sonra diğer elementlerle karışmadığını açıklıyorlar. Astrofiziksel modeller bunu öngörmüş olsa da, daha önce hiç gözlemlenmemişti. Araştırmacılar makalelerinde, "Sonuçlarımız, yıldızın son yakma sürecinin iç yapıyı hızla değiştirdiğine ve patlama öncesi bir asimetri bıraktığına dair ilk gözlemsel kanıtı sunuyor," diye belirtiyorlar.
Onlarca yıldır astrofizikçiler, süpernova patlamalarının simetrik olduğunu düşünüyordu. İlk gözlemler bu fikri desteklemişti ve çekirdek çökmesi süpernovalarının temel fikri de simetriyi destekliyordu. Ancak bu araştırma, süpernova patlamalarının asimetrik olduğu yönündeki temel anlayışı değiştiriyor. Araştırmacılar sonuçlarında, "Hem 'O-/Ne-zengini' hem de 'O-/Si-zengini' rejimlerinde kompakt saçılma bölgelerinin bir arada bulunması, birleşmenin çöküşten önce O-zengini tabakasını tamamen homojenleştirmediğini ve çok ölçekli kompozisyonel heterojenlikler ve asimetrik hız alanları bıraktığını ima ediyor," diye yazıyorlar.
Bu asimetri, geride kalan nötron yıldızlarının nasıl ivme kazandığını ve yüksek hızlı nötron yıldızlarına yol açtığını da açıklayabilir.
Yazarlara göre, bir süpernovanın yaşamındaki bu son anlar, patlamanın kendisini tetikleyebilir. İçerideki türbülansın yarattığı çalkantı, yıldızın patlamasına yardımcı olmuş olabilir.
Kyoto Üniversitesi'nden ortak yazar Hiroyuki Uchida, "Belki de bu yıldız yapısındaki değişikliğin en önemli etkisi, patlamanın kendisini tetiklemede yardımcı olmuş olmasıdır. Bir yıldızın bu tür son içsel aktivitesi, kaderini değiştirebilir - süpernova olarak parlayıp parlamayacağını," dedi.
Araştırmacılar, makalelerinin sonuç bölümünde, "Uzun zamandır astronomi tarihinde, yıldızların iç yapısını incelemek bir hayal olmuştur," diye yazıyorlar. Bu araştırma, astrofizikçilere bir ana yıldızın patlamadan önceki son anlarına dair kritik bir bakış sundu. Sonuç olarak, "Bu an sadece bir yıldızın kaderi üzerinde önemli bir etkiye sahip olmakla kalmaz, aynı zamanda daha asimetrik bir süpernova patlaması yaratır," diyorlar.
