Πώς να κάνετε την πιο λαμπρή σουπερνόβα: Έκρηξη, κατάρρευση, επανάληψη

Πηγή: PhysOrg, 14 Νοεμβρίου 2007

Μια σουπερνόβα που παρατηρήθηκε πέρυσι ήταν τόσο φωτεινή -- περίπου 100 φορές πιο φωτεινή από μια συνηθισμένη σουπερνόβα -- που  έχει προκαλέσει τριγμούς στη θεωρία των υπερκαινοφανών εκρήξεων. Αλλά ο Stan Woosley, καθηγητής της αστρονομίας και της αστροφυσικής στο πανεπιστήμιο της Santa Cruz, είχε μια ιδέα που νόμιζε ότι θα μπορούσε να την επιβεβαιώσει -- ότι ήταν ένα πολύ βαρύ άστρο που δοκίμαζε επαναλαμβανόμενες εκρήξεις. Όταν ο Woosley και οι δύο συνεργάτες του έκαναν λεπτομερείς υπολογισμούς για το μοντέλο τους, τα αποτελέσματα ταίριαξαν με τις παρατηρήσεις της σουπερνόβας, γνωστής ως SN 2006gy, την πιο φωτεινή που καταγράφηκε ποτέ.

Αυτή η υπέρυθρη εικόνα του γαλαξία NGC 1260, που περιέχει την σουπερνόβα SN 2006gy, λήφθηκε χρησιμοποιώντας προσαρμοστική οπτική στο παρατηρητήριο Lick. Η πιο αμυδρή πηγή κάτω αριστερά είναι το κέντρο του NGC 1260, ενώ η πολύ πιο φωτεινή πηγή δεξιά πάνω είναι η σουπερνόβα SN 2006gy.

Οι ερευνητές περιγράφουν το μοντέλο τους σε μια ανακοίνωση στο περιοδικό  Nature. Οι συνεργάτες του Woosley είναι ο Sergei Blinnikov, από το Ίδρυμα Θεωρητικής και Πειραματικής Φυσικής στη Μόσχα, και ο Alexander Heger του Εθνικού Εργαστηρίου στο Los Alamos.

"Αυτό ήταν μια τρομερά φωτεινή σουπερνόβα, και νομίζουμε ότι τώρα έχουμε το κυρίαρχο μοντέλο για να την εξηγήσουμε. Είναι ένας νέος μηχανισμός για να γίνει μια σουπερνόβα, αλλά γίνεται επανειλημμένως με το ίδιο αστέρι", λέει ο Woosley. "Σκεφτόμαστε συνήθως μια υπερκαινοφανή έκρηξη ως τον θάνατο ενός άστρου, αλλά σε αυτήν την περίπτωση το ίδιο αστέρι μπορεί να εκραγεί έξι φορές."

Η πρώτη έκρηξη ρίχνει μακριά το εξωτερικό στρώμα του αστεριού και παράγει μια έκρηξη όχι και τόσο φωτεινή σαν να ήταν μια σουπερνόβα. Η δεύτερη έκρηξη αναγκάζει να φύγει προς τα έξω ένα δεύτερο στρώμα, με ενέργεια σαν μια συνηθισμένη σουπερνόβα, το οποίο διαστέλλεται με πολύ υψηλή ταχύτητα έως ότου αυτό συγκρούεται με το πρώτο στρώμα, παράγοντας έτσι μια εξαιρετικά λαμπρή εικόνα.

"Τα δύο στρώματα συγκρούονται σε μια απόσταση έτσι ώστε όλη η κινητική ενέργεια τους να μετατρέπεται στο φως, γι αυτό και είναι μέχρι 100 φορές φωτεινότερη από μια συνηθισμένη σουπερνόβα", εξηγεί ο Woosley. "Συνήθως μια σουπερνόβα μετατρέπει μόνο το 1% της κινητικής ενέργειάς της σε φως, επειδή πρέπει να διασταλεί πάρα πολύ προτού να μπορέσει να δραπετεύσει το φως."

Αυτός ο νέος μηχανισμός απαιτεί ένα εξαιρετικά βαρύ αστέρι, 90 έως 130 φορές τη μάζα του ήλιου μας, είπε. Καθώς ένα τέτοιο μεγάλο αστέρι πλησιάζει στο τέλος της ζωής του, η θερμοκρασία στον πυρήνα του γίνεται τόσο μεγάλη που κάποια ενέργεια από την ακτινοβολία γάμμα την μετατρέπουν σε ζευγάρια ηλεκτρονίων και ποζιτρονίων (την αντιύλη τους). Το αποτέλεσμα είναι ένα φαινόμενο που ονομάζεται "αστάθεια ζεύγους", στην οποία η μετατροπή της ακτινοβολίας σε ζεύγος ηλεκτρονίου-ποζιτρονίου προκαλεί την μείωση της πίεσης της ακτινοβολίας, και το αστέρι αρχίζει να συρρικνώνεται γρήγορα.

"Καθώς ο πυρήνας συστέλλεται γίνεται ολοένα και πιο ασταθής έως ότου καταρρέει και αρχίζει να καίει τα καύσιμα του κατά τρόπο εκρηκτικό. Το αστέρι έπειτα επεκτείνεται βίαια, αλλά όχι αρκετά για να αναστατώσει ολόκληρο το αστέρι", τονίζει ο Woosley. "Τα αστέρια μεταξύ 90 και 130 ηλιακών μαζών, αποκτούν παλμούς. Αυτό μειώνει την αστάθεια, επεκτείνονται βίαια, κατόπιν ακτινοβολούν και συμπιέζονται έως ότου γίνουν πιο καυτά και μειώνουν πάλι την αστάθεια. Αυτό συνεχίζεται έως ότου το άστρο χάσει αρκετή μάζα για να είναι πάλι πάλι σταθερό."

Τα αστέρια σε αυτό το εύρος μεγέθους είναι πολύ σπάνια, ειδικά στο Γαλαξία μας. Αλλά μπορεί να ήταν πιο συνηθισμένοι στον πρώιμο κόσμο μας. "Μέχρι σήμερα, λέγαμε ότι τέτοια αστέρια δεν υπάρχουν. Αλλά οποιοσδήποτε μηχανισμός που θα μπορούσε να εξηγήσει αυτό το γεγονός απαιτεί μια πολύ μεγάλη μάζα", λέει ο Woosley

Άλλοι ερευνητές είχαν προτείνει την αστάθεια του ζεύγους ως πιθανό μηχανισμό για μερικές σουπερνόβες, αλλά η ιδέα των επαναλαμβανόμενων εκρήξεων -- που ονομάζονται "παλλόμενη  αστάθεια ζεύγους" -- είναι νέα. Σύμφωνα με τον Woosley, ο νέος μηχανισμός μπορεί να παραγάγει μια μεγάλη ποικιλία εκρήξεων.

"Θα μπορούσατε να έχετε οπουδήποτε από δύο έως έξι εκρήξεις, και αυτές θα μπορούσαν να είναι ασθενείς ή και ισχυρές," εξηγεί. "Είναι δυνατό να υπάρχει μεγάλη ποικιλία με μεγάλη πολυπλοκότητα, επειδή το υπόλοιπο που αφήνει πίσω της η έκρηξη είναι ακόμα κάπου 40 ηλιακές μάζες, και αυτό συνεχίζεται να εξελίσσεται και φτιάχνει τελικά έναν πυρήνα σιδήρου και καταρρεύσεις. Έτσι, μπορείτε να καταλήξετε με μια έκρηξη ακτίνων γάμμα. Οι δυνατότητες είναι πολύ συναρπαστικές."

Αντίπαλη θεωρία

Εν τω μεταξύ, δύο ολλανδοί αστρονόμοι ο Simon Portegies Zwart και ο καθηγητής Edward van den Heuvel του πανεπιστημίου του Άμστερνταμ δίνουν μια άλλη εξήγηση την οποία δημοσιεύουν επίσης στο Nature.

Προτείνουν ότι η σουπερνόβα SN 2006gy δεν θα μπορούσε να έχει δημιουργηθεί από ένα μόνο αστέρι, αλλά από δύο πολύ μεγάλα αστέρια που συγκρούστηκαν.

Οι υπολογισμοί τους είναι βασισμένοι σε αυτό που συμβαίνει σε ένα νέο, πυκνό σμήνος αστεριών που συναντάμε συνήθως στο κέντρο των γαλαξιών.