Intrigantan je rad, objavila skupina znanstvenika kolaboracije MAGIC u čiji su koautori i hrvatski astrofizičari, u novom broju Nature Astronomy. Naime, dva Čerenkovljeva teleskopa promjera 17 metara, smještena na Kanarskom otoku La Palma u Španjolskoj, omogućila su detekciju signala u području gama-zračenja vrlo visokih energija iz ponavljajuće nove unutar Mliječnog puta. Kako stoji u priopćenju o ovom opažanju, taj događaj, prvi put opažen pri takvim energijama, mogao bi omogućiti razumijevanje zvjezdanih erupcija i potencijalnu ulogu koju one imaju u stvaranju tajanstvenih visoko-energijskih kozmičkih zraka koje prožimaju cijeli Mliječni put. – Zahvaljujući dobrim vremenskim uvjetima na La Palmi, brzoj reakciji kolaboracije MAGIC te iznimnoj osjetljivosti teleskopskog sustava, po prvi puta izmjerena je emisija elektromagnetskog zračenja iz nove na energijama sto milijardi puta većim od energije vidljive svjetlosti, kaže prof. dr. sc. Marina Manganaro sa Sveučilišta u Rijeci, voditeljica MAGIC-ove radne grupe za aktivne galaktičke jezgre te članica hrvatske MAGIC grupe. Foto: Urs Leutenegger Sustav teleskopa MAGIC opaža emisiju nove RS Ophiuchi u noći kad je ostvarena detekcija (11. kolovoza 2021). Dalje se opisuje kako životni ciklusi zvijezda mogu biti dugi i složeni, od njihovog rođenja unutar gustih oblaka kozmičkog plina do njihovog često spektakularnog kraja. O masi zvijezde ovisi kako će se odviti takva zvjezdana smrt: za naše Sunce, primjerice, znanstvenici očekuju da će nuklearna fuzija vodika u helij u njegovom središtu završiti za otprilike pet milijardi godina. Tada će se Sunce jako proširiti i postati crveni div, a onda se urušiti u gusti zvjezdani ostatak: bijeli patuljak. Takav je kraj tipičan za zvijezde s masama otprilike sličnim masi Sunca. Tvar od koje se sastoji bijeli patuljak vrlo je gusta: jedna čajna žličica te tvari ima masu oko jedne tone. Pri nekim okolnostima ovi gusti zvjezdani ostaci mogu proizvesti titanske eksplozije i nakon zvjezdane smrti. Ako je bijeli patuljak dio dvojnog zvjezdanog sustava u kojem druga zvijezda ulazi u fazu crvenog diva, vodik iz vanjskih slojeva crvenog diva može biti gravitacijski privučen prema gustom bijelom patuljku i akumulirati se na njegovoj površini. U nekim od takvih sustava tlak i temperatura unutar akumuliranih slojeva dosežu kritične vrijednosti pri kojima počinje reakcije nuklearne fuzije. To dovodi do nuklearne eksplozije (hidrogenske bombe) na površini bijelog patuljka pri kojoj se puno vodika i fuzijskih produkata izbacuje u okolni prostor. Bljesak takve eksplozije je enorman, često i 100 000 puta sjajniji od zvijezde poput našeg Sunca. Takav nagli porast sjaja zvjezdanog sustava koji je inače neupadljiv astronomi su nekada tumačili kao pojavu nove zvijezde na nebu. Tako je latinski izraz “stella nova” (ili skraćeno “nova”, što znači nova zvijezda) postao sinonim za ovaj proces. Dok se materijal izbačen s površine bijelog patuljka udaljava golemom brzinom od dvije do četiri tisuće kilometara u sekundi, ciklus prijenosa plina od razrijeđenog crvenog diva do gustog bijelog patuljka počinje iznova pa se erupcija može ponoviti. Zvjezdane sustave u kojima se to događa nazivamo ponavljajuće nove. Za jednu dobro poznatu ponavljajuću novu u našem Mliječnom putu, objekt RS Ophiuchi u zviježđu Zmijonosac, tipično vrijeme između dvije erupcije iznosi oko 15 godina. Nakon što je posljednja eksplozija iz tog sustava opažena 2006. godine, astronomi su 2020-tih spremno očekivali eksploziju te nebeske hidrogenske bombe. Budno su motrili taj objekt udaljen otprilike 8000 svjetlosnih godina od Zemlje. Konačno, 8. kolovoza 2021. bljesak eksplozije stigao je do Zemlje. Odmah su ga opazili zemaljski optički teleskopi kao i NASA-in svemirski teleskop Fermi-LAT u području gama-zraka niskih energija. Uslijedila su opažanja drugih opservatorija na različitim valnim duljinama, pa je ova nova postala prvi objekt svoje vrste opažen u tako velikom energijskom rasponu. U noći 9. kolovoza, hidrogenske eksploziju na RS Ophiuchi opažali su i astronomi kolaboracije MAGIC sa svoja dva 17-metarska Čerenkovljeva teleskopa.
Prof. dr. sc. Nikolu Godinovića sa Sveučilišta u Splitu koji je također jedan od naših znanstvenika u kolaboraciji MAGIC pitali smo što znamo o zvijezdi koja je postala supernovom. – RS Ophiuchi (RS Oph) je dvojni sustav zvijezda udaljen 8000 svjetlosnih godina kojeg čini bijeli patuljak i crveni div, koje se vrte oko svog zajedničkog težišta a udaljene su jedna od druge za 1.5 udaljenost Zemlje od Sunca, što je dovoljno blizu da gusti bijeli patuljak gravitacijom privlači vodik iz crvenog diva i kad se nakupi kritična masa vodika na površini bijelog patuljka, dogodi se termonuklearna eksplozije hidrogenske bombe pri čemu sjaj bijelog patuljak poraste za tisuće puta. Ovaj proces se ponavlja u skoro pravilnim vremenskim intervalima, od 1898. do 2006. godine osam puta uočen je pojačani sjaj iz ovog bijelog patuljka RS Oph kaže prof. Godinović. Voditelj opažačke smjene u noći opažanja izvora RS Oph bio je također naš znanstvenik dr. sc. Dario Hrupec sa Sveučilišta Josipa Jurja Strossmayera u Osijeku. “Bila je to uzbudljiva noć u kojoj je redoviti program opažanja zamijenjen lovom na iznimni kozmički objekt koji je upravo osvanuo na nebu, ponavljajuću novu RS Oph. Mnogi su instrumenti širom svijeta tada bili usmjereni k istom izvoru. MAGIC ga je pouzdano detektirao čime je jedna ponavljajuća nova prvi put opažena u gama-području vrlo visokih energija.” Također se ova eksplozija i bitno razlikuje od drugih. – U kolovozu 2021. godine sjaj RS Oph bio je tisuće puta već od uobičajenog ali sada po prvi puta teleskopima MAGIC u kolovozu 2021. godine izmjeren je sjaj i u području gama zraka vrlo visokih energija (iznad 60 Gev) koja inače u svom mirnom stanju ne sjaju u području gama zraka. Zvijezde pri kraju svog životnog ciklusa prije nego se pretvore u neutronsku zvijezdu ili crnu rupu, samo jednom eksplodiraju i pri tome budu sjajnije i desetak puta od sam galaksije u kojoj se nalazi stotine milijardi zvijezda a što zovemo supernova, kaže prof. Godinović. Dakle, opažanje ovakve pojave do sada nije bilo moguće, odnosno omogućeno je tek pojavom teleskopa tipa MAGIC. – Ovo opažanje nije bilo moguće prije korištenja teleskopa MAGIC. Naime, tek se zadnjih dvadesetak godina usavršila tehnika detekcije gama zraka vrlo visokih energija. Bez teleskopa tipa MAGIC koji su upravo dizajnirani za detekciju gama zraka vrlo visokih energija ne bismo mogli snimiti najenergetskiji dio spektra elektromagnetskog zračenja emitiranog u ovo kozmičkoj eksploziji u rasponu od 60 GeV do 250 Gev i tako dobiti cjeloviti uvid u najsilovitije procese u ovoj eksploziji i pratiti kako s vremenom opada sjaj na do sada najvišim energijama, objasnio je prof. Godinović. Zajedno s opažanjima iz drugih dijelova elektromagnetskog spektra, istraživači su uspjeli razotkriti fascinantnu znanstvenu priču. Eksplozija nove bila je dovoljno snažna da stvori jake udarne valove u tankom sloju materije koja okružuje zvjezdani sustav. Upravo su ti udarni valovi glavni mehanizam kojim se subatomske čestice ubrzavaju do brzina bliskih brzini svjetlosti. U slučaju nove RS Ophiuchi 2021, model koji najbolje opisuje opažanja teleskopa MAGIC i drugih teleskopa, nastanak gama-zraka vrlo visokih energija povezuje s ubrzanjem protona, (jezgra atoma vodika). Iako se u eksploziji nove oslobađa manje energije nego u eksploziji supernove, eksplozije nova su učestalije jer u svemiru ima više zvijezda manjih masa poput Sunca nego zvijezda znatno većih masa kakve su potrebne za pojavu supernova Premda većina visoko-energijskih kozmičkih zraka (protona) u našoj galaksiji potječe iz drugih izvora, ovi rezultati ukazuju da su i nove iznenađujuće učinkovite u proizvodnji kozmičkih zraka u svojem lokalnom galaktičkom području. Nakon ovog uočavanja, moguće je opažanje još sličnih podjednako fascinantnih pojava. – Termin nova uveden je u 16. stoljeću za zvijezdu koja se iznenada pojavila na nebu, gdje je prije nije bilo. Bilo je to doba prije teleskopa, kad se opažalo golim okom. To da zvijezde nije bilo naravno ne znači da je fizički nije bilo nego da nije bila vidljiva golim okom, da je bila preslabog sjaja da bi se vidjela. Vodeći astronom onoga doba i nezaobilazno ime iz povijesti astronomije, Tycho Brahe, opisao je pojavu jedne takve nove zvijezde u svojoj knjizi De nova stella. Latinski “nova” znači potpuno isto što i hrvatski – nova. Pojavom teleskopa omogućeno je detaljnije studiranje nova i tako razumijevanjem fizikalnih koji dovode do pojačanog sjaja. Do danas je različitim teleskopima uočeno nekoliko nova, izmjeren njihov spektar elektromagnetskog zračenja te vremenska evolucija spektra što je omogućilo da se razumiju odnosno razviju fizikalni modeli koji mogu objasniti što dovodi do pojava nova. Model emisije iz nova najbolje opisuje termonuklearna eksplozija na površini bijelog patuljka kad se akumulira dovoljna količina vodika iz crvenog diva na površini bijelog patuljka i podaci prikupljeni teleskopima MAGIC na do sada najvećim energija u izvrsnim su slaganju s ovim modelom, govori prof. Godinović.
