Wieczór 21 stycznia 2014 r. dla Steve’a Fosseya, wykładowcy astronomii na University College of London, zapowiadał się całkiem zwyczajnie. Wraz z grupą studentów miał obserwować galaktykę M82, położoną w gwiazdozbiorze Wielkiej Niedźwiedzicy w odległości 11,4 mln lat świetlnych od Ziemi. Gdy jednak teleskop pokazał obiekt, doświadczony astronom natychmiast zrozumiał, że widzi coś dziwnego. Na skraju M82 pojawiła się gwiazda, której tam wcześniej nie było. Studenci sprawdzili, czy teleskop jest sprawny, i upewnili się, że tajemniczy obiekt to nie asteroida. Fossey mógł przekazać kolegom z całego świata sensacyjną wiadomość: mamy supernową! Światek astronomów oszalał. Ostatni raz tak jasna i dobrze widoczna eksplodująca gwiazda pojawiła się na niebie w 1987 r. - w Wielkim Obłoku Magellana, czyli galaktyce karłowatej, okrążającej naszą Drogę Mleczną.

Nagła śmierć olbrzyma

Gwiazdy rodzą się, rozwijają i umierają na różne sposoby. Supernowa to wyjątkowo spektakularny sposób na zakończenie życia, dotyczący bardzo masywnych gwiazd. Takie olbrzymy żyją bardzo krótko, przynajmniej w kosmicznej skali. Gwiazda 20-krotnie cięższa od naszego Słońca już po ok. 10 mln lat zaczyna się kurczyć, czemu towarzyszy wzrost temperatury jej wnętrza. Gdy przetworzy większość swego termojądrowego paliwa - czyli lekkich pierwiastków, takich jak wodór i hel - staje się bardzo ciężka, a wówczas jej potężne pole grawitacyjne sprawia, że dochodzi do kolapsu. „W ułamku sekundy zapada się całe jądro gwiazdy. Gdy materia w nim zawarta osiąga taką gęstość, jaką ma jądro atomowe, kolaps ulega nagłemu zatrzymaniu i powstaje rozchodząca się na zewnątrz fala uderzeniowa rozrywająca gwiazdę. Eksplozję dodatkowo wzmagają emitowane przez supernową neutrina, przenoszące 99 proc. wyzwolonej w czasie tego procesu energii. Ze środka umierającej gwiazdy zostaje wyrzucona z ogromną prędkością, rzędu 3,6 mln km/godz., jej sprasowana pozostałość - gwiazda neutronowa lub czarna dziura. Reszta materii, czyli na ogół większa część tego, co tworzyło gwiazdę, zostaje rozrzucona w przestrzeni międzygwiezdnej” - wyjaśnia dr hab. Andrzej Odrzywołek z Instytutu Fizyki Uniwersytetu Jagiellońskiego.

Inna droga do powstania supernowej polega na podkradaniu materii. Dochodzi do tego w układach po dwójnych gwiazd, z których jedna jest cięższa od drugiej. Szybciej wyczerpuje paliwo jądrowe i zmienia się w tzw. białego karła (bardzo gęste, „wypalone” gwiezdne jądro, mające wielkość Ziemi), a potem zaczyna wysysać gaz ze swojego towarzysza. Kiedy ukradnie wystarczająco dużo paliwa, rozpoczyna się gwałtowna reakcja termojądrowa i biały karzeł ginie w eksplozji. Tego typu supernową jest ta odkryta w styczniu przez Fosseya.

„Jest też hipoteza alternatywna, która zakłada, że dwa białe karły zderzają się. Dochodzi wówczas do termojądrowego spalenia całej gwiazdy, z której nie pozostaje nic poza rozszerzającą się mgławicą” - mówi dr Odrzywołek.

Kilkadziesiąt tysięcy lat po eksplozji ślad po nich znika, dlatego astronomowie odnaleźli dotąd zaledwie kilkaset takich pozostałości po supernowych. Każda z nich jest wnikliwie badana.

Gwałtowny koniec

Gdy jądro gwiazdy staje się zbyt gęste, siła grawitacji przeważa nad ciśnieniem wytwarzanym przez reakcje termojądrowe i zaczyna się kolaps. Temperatura jądra rośnie do kilku miliardów stopni, a zapadanie się ulega gwałtownemu przyspieszeniu (jądro supernowej zaobserwowanej w 1987 r. potrzebowało ledwie kilkudziesięciu sekund, by z obiektu wielkości Słońca zamienić się w bryłę średnicy kilkudziesięciu kilometrów).