ΟΥΑΣΙΓΚΤΟΝ «Ένας σουπερνόβα, ο εκρηκτικός θάνατος ενός άστρου, είναι πάντα βίαιος, εκτοξεύει υλικό στο διάστημα, ενώ συνήθως αφήνει πίσω του ένα συμπαγές αστρικό υπόλειμμα όπως ένα αστέρι νετρονίων ή «μαύρη τρύπα».
Οι επιστήμονες από τη δεκαετία του 1960 θεωρητικοποίησαν την ύπαρξη αυτών των εξαιρετικά ισχυρών σουπερνόβα και τώρα έχουν βρει στοιχεία για αυτούς, αν και έμμεσες, σε έρευνα που αφορούσε τις μαύρες τρύπες -και τους κυματισμούς στο χωροχρόνο που ονομάζονται βαρυτικά κύματα.
Τέτοιοι σουπερνόβα προβλέπεται να συμβούν στα πιο τεράστια αστέρια, αυτά με μάζα περίπου 140 έως 260 φορές μεγαλύτερη από τον ήλιο, σύμφωνα με την Hui Tong, διδακτορική φοιτήτρια αστροφυσικής στο Πανεπιστήμιο Monash στην Αυστραλία και επικεφαλής συγγραφέα της μελέτης που δημοσιεύτηκε την Τετάρτη στο περιοδικό Nature.
“Παρά την τεράστια μάζα τους, ζουν – σχετικά σύντομη ζωή, περίπου μερικά εκατομμύρια χρόνια. Για σύγκριση, ο ήλιος θα ζήσει για περίπου 10 δισεκατομμύρια χρόνια, έτσι αυτά τα αστέρια καίγονται περίπου χίλιες φορές “γρηγορότερα, σαν ένα τεράστιο πυροτέχνημα που καίει” έντονα και για λίγο πριν εκραγεί”, είπε ο Tong.
Η έκρηξη μεγάλων αστεριών μιας ορισμένης μάζας αφήνει πίσω του ένα αστέρι νετρονίων, έναν συμπαγή αστρικό πυρήνα που έχει καταρρεύσει. Μερικά αστέρια που είναι ακόμη μεγαλύτερα, όταν εκρήγνυνται, αφήνουν πίσω τους μια μαύρη τρύπα, – ένα εξαιρετικά πυκνό αντικείμενο με βαρύτητα τόσο ισχυρή που ούτε το φως μπορεί να διαφύγει. Η μαύρη τρύπα διατηρεί ένα μέρος της μάζας του αρχικού αστεριού, με το υπόλοιπο να εμφυσείται στο διάστημα.
Σε αυτή τη μελέτη, οι ερευνητές χτένισαν δεδομένα για 153 ζεύγη μαύρων τρυπών, γνωρίζοντας τη μάζα τους με βάση τα βαρυτικά κύματα που εξέπεμψαν, και στη συνέχεια διαχώρισαν τις μαύρες τρύπες που είχαν σχηματιστεί από τις προηγούμενες συγχωνεύσεις δύο μικρότερων μαύρων τρυπών.
Αυτό που στη συνέχεια εντόπισαν οι ερευνητές ήταν η απουσία μαύρων οπών μεταξύ περίπου 44 και 116 φορές μεγαλύτερης της μάζας του ήλιου, αυτό που αποκαλούσαν «απαγορευμένη περιοχή».
Αυτή η απουσία, είπαν, μπορεί να εξηγηθεί καλύτερα «αν τα μεγαλύτερα αστέρια, που θα μπορούσε να αναμένεται να αφήσουν πίσω μαύρες τρύπες σε αυτό το εύρος μάζας, αντ’ αυτού εξαφανίζονταν «στο τέλος της διάρκειας ζωής τους σε έναν σπάνιο τύπο έκρηξης που ονομάζεται σουπερνόβα αστάθειας ζεύγους, χωρίς να αφήνουν ίχνη.
«Ένας σουπερνόβα αστάθειας ζεύγους είναι ένας από τους πιο βίαια εκρηκτικά είδη αστρικών θανάτων», είπε η αστροφυσικός και συν-συγγραφέας της μελέτης Μάγια Φίσμπαχ του Καναδικού Ινστιτούτου Θεωρητικής Αστροφυσικής του Πανεπιστημίου του Τορόντο.
“Στο μεγαλύτερο μέρος, τα τεράστια αστέρια δημιουργούν μαύρες τρύπες. Όσο πιο μαζικό είναι το αστέρι, τόσο πιο βαριά είναι η μαύρη τρύπα”, είπε ο Fishbach, έως ότου τα αστέρια φτάσουν σε ένα ορισμένο όριο μάζας πέρα από το οποίο η φυσική του εκρηκτικού τους θανάτου υπαγορεύει ότι δεν υπάρχει αστρικό υπόλοιπο.
Αυτά τα τεράστια αστέρια εξελίσσονται με παρόμοιο τρόπο με άλλα αστέρια μεγάλης μάζας στην αρχή, καίγοντας υδρογόνο και ήλιο και δημιουργώντας έναν μεγάλο πυρήνα που αποτελείται κυρίως από άνθρακα και οξυγόνο. Για να παραμείνει σταθερός ο πυρήνας, χρειάζεται «να υπάρχει μια ισορροπία μεταξύ της εσωτερικής πίεσης της βαρύτητας και της απελευθέρωσης ενέργειας προς τα έξω» στην περίπτωση αυτών των άστρων, των φωτονίων υψηλής ενέργειας, των σωματιδίων που συνθέτουν το φως.
Αλλά στις ακραίες θερμοκρασίες που υπάρχουν «μέσα σε αυτά τα αστέρια, «μερικά από τα φωτόνια μετατρέπονται σε ζεύγη υποατομικών σωματιδίων που ονομάζονται ηλεκτρόνια και ποζιτρόνια, αποδυναμώνοντας έτσι την εξωτερική πίεση που βοηθούσε στη διατήρηση της σταθερότητας του πυρήνα. Αυτά τα ζεύγη σωματιδίων και η αστάθεια που προκαλούν εξηγούν το όνομα αυτής της κατηγορίας σουπερνόβα.
«Ο πυρήνας γίνεται ασταθής, οδηγώντας σε μια δραματική κατάρρευση και στη συνέχεια σε μια βίαιη θερμοπυρηνική έκρηξη που διαλύει το αστέρι», είπε ο Tong.
Ενώ αυτοί οι σουπερνόβα είχαν προβλεφθεί για πρώτη φορά πριν από έξι δεκαετίες, ο Fishbach είπε, «είναι σπάνιοι και δύσκολο να βρεθούν και να αναγνωριστούν».
Οι επιστήμονες παρατήρησαν έναν τύπο αστρικής έκρηξης που ονομάζεται υπερφωτεινός σουπερνόβα που «είναι υποψήφιος για αστάθεια ζεύγους» σουπερνόβα. Αυτές οι εκρήξεις μπορεί να είναι περισσότερες από 10 δισεκατομμύρια φορές πιο φωτεινές από τον ήλιο. Αλλά «προς το παρόν, τα στοιχεία που παρουσιάζονται σε αυτή τη μελέτη» μπορεί να είναι η καλύτερη ένδειξη ακόμη «για την ύπαρξη σουπερνόβα αστάθειας ζεύγους.
«Χρησιμοποιούμε ουσιαστικά κάτι αόρατο, μαύρες τρύπες, ως καταγραφή μερικών από τις φωτεινότερες εκρήξεις στο σύμπαν», είπε ο Tong.
Τα βασικά στοιχεία για αυτό το άρθρο δημιουργήθηκαν με τη βοήθεια μεγάλων γλωσσικών μοντέλων και εξετάστηκαν από τη συντακτική μας ομάδα. Το άρθρο, από μόνο του, είναι αποκλειστικά ανθρώπινο.
