Το διαστημικό τηλεσκόπιο Chandra βλέπει την πιο φωτεινή σουπερνόβα μέχρι τώρα

Πηγή: RedOrbit, 7 Μαΐου 2007

Η φωτεινότερη αστρική έκρηξη που καταγράφηκε ποτέ μπορεί να είναι ένας νέος τύπος σουπερνόβας, που οι επιστήμονες από καιρό τώρα επιδίωκαν να δουν, σύμφωνα με τις παρατηρήσεις του παρατηρητηρίου Chandra των ακτίνων X  της NASA και τα επίγεια οπτικά τηλεσκόπια.

Αυτή η ανακάλυψη δείχνει ότι οι βίαιες εκρήξεις των εξαιρετικά μεγάλων άστρων ήταν σχετικά συνηθισμένες στο πρώιμο σύμπαν, και ότι μια παρόμοια έκρηξη μπορεί να είναι έτοιμη να σκάσει στον Γαλαξία μας.

Υπερκαινοφανής έκρηξη ενός μεγάλου άστρου

"Ήταν μια αληθινά τερατώδης έκρηξη, εκατό φορές πιο ενεργητική από μια τυπική σουπερνόβα", λέει ο Nathan Smith του πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Μπέρκλεϋ, ο οποίος καθοδήγησε μια ομάδα αστρονόμων από την Καλιφόρνια και το πανεπιστήμιο του Τέξας στο Ώστιν. "Αυτό σημαίνει ότι το αστέρι ήταν πολύ μεγάλο  μπορεί και 150 φορές μεγαλύτερο του ήλιου μας. Δεν έχουμε δει ποτέ πριν σαν αυτό."

Οι αστρονόμοι νομίζουν ότι πολλά άστρα από την πρώτη γενεά ήταν πολύ μεγάλα, και ότι αυτή η νέα σουπερνόβα μπορεί έτσι να μας δώσει μια σπάνια εικόνα για το πώς πέθαναν τα πρώτα αστέρια. Είναι πρωτοφανές, εντούτοις, να βρεθεί ένα τέτοιο ογκώδες αστέρι και να επιβεβαιωθεί ο θάνατός του. Η ανακάλυψη της σουπερνόβας, γνωστή ως SN 2006gy, δίνει αποδείξεις ότι ο θάνατος τέτοιων ογκωδών άστρων είναι πολύ διαφορετικός από τις θεωρητικές προβλέψεις.

Η σουπερνόβα SN 2006gy που παρατηρήθηκε για πρώτη φορά στις 18 Σεπτεμβρίου του 2006 είχε και κάτι άλλο περίεργο εκτός από τη λαμπρότητα της έκρηξης. Συνήθως την μεγαλύτερη λαμπρότητα των υπερκαινοφανών τη βλέπουμε 10 μέρες μετά την έκρηξη, προτού να σβήσει σε μερικούς μήνες. Σε αυτόν όμως ειδικά η λαμπρότητα συνέχιζε να αυξάνεται επί 70 μέρες και μάλιστα 8 μήνες μετά συνεχίζει να λάμπει τόσο πολύ, που είναι πιο λαμπρός από όλο τον γαλαξία που ανήκει, τον NGC 1260.

"Από όλα τα άστρα που έχουμε παρατηρήσει μέχρι τώρα αυτό ήταν ο βασιλιάς", λέει ο Alex Filippenko, επικεφαλής των επίγειων παρατηρήσεων στο Παρατηρητήριο Lick στο όρος Χάμιλτον, της Καλιφόρνιας, και το παρατηρητήριο Keck στο Mauna Kea της Χαβάης. "Μείναμε έκπληκτοι όταν είδαμε πόσο φωτεινό έγινε, και πόσο καιρό κράτησε."

Η παρατήρηση του Chandra επέτρεψε στην ομάδα να αποκλείσει την πλέον πιθανή εναλλακτική εξήγηση για την έκρηξη της σουπερνόβας: ότι ένα λευκό νάνο άστρο με μάζα ελαφρώς μεγαλύτερη από τον ήλιο εξερράγη σε ένα πυκνό περιβάλλον πλούσιο σε υδρογόνο. Σε αυτή την περίπτωση, το SN 2006gy έπρεπε να ήταν 1.000 φορές φωτεινότερο στις ακτίνες X από αυτό που το Chandra ανίχνευσε.

"Το γεγονός αυτό ήταν η απόδειξη ότι το SN 2006gy ήταν, στην πραγματικότητα, ο θάνατος ενός εξαιρετικά μεγάλου αστεριού", λέει ο Dave Pooley του πανεπιστημίου Καλιφόρνιας στο Μπέρκλεϋ.

Πιθανά από την υπερκαινοφανή αυτή έκρηξη να μην έμειναν καθόλου υπολείμματα, δηλαδή να έγινε μια έκρηξη ολοκληρωτικής διάλυσης του αστέρα αυτού. Αυτή η κατηγορία υπερκαινοφανών εκρήξεων είχε προβλεφθεί θεωρητικά από τη δεκαετία του '60, αλλά μέχρι τώρα δεν είχε παρατηρηθεί ποτέ.  

Το άστρο που παρήγαγε το SN 2006gy απέβαλε προφανώς ένα μεγάλο ποσό της μάζας του πριν από την ανατίναξη. Αυτή η μεγάλη απώλεια μάζας είναι παρόμοια με αυτήν που φαίνεται στο Ήτα Καρίνα (Eta Carinae), ένα τεράστιο αστέρι στο Γαλαξία μας, κάτι που αυξάνει την υποψία ότι το Ήτα Καρίνα μπορεί να εκραγεί ως σουπερνόβα. Αν και το SN 2006gy είναι πραγματικά η φωτεινότερη σουπερνόβα που είδαμε ποτέ, βρίσκεται στο γαλαξία NGC 1260, περίπου 240 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Εντούτοις, το Ήτα Καρίνα είναι περίπου 7.500 έτη φωτός μόνο μακριά μας και βρίσκεται στο Γαλαξία μας.

"Δεν επιβεβαιωνόμαστε εάν το Ήτα Καρίνα θα εκραγεί σύντομα, αλλά πρέπει να το παρακολουθήσουμε από κοντά για να ξέρουμε τι θα κάνει", τονίζει ο Mario Livio του Ιδρύματος Επιστήμης Διαστημικών Τηλεσκοπίων στη Βαλτιμόρη. "Η έκρηξη του Ήτα Καρίνα θα μπορούσε να είναι η καλύτερη αστρική επίδειξη στην ιστορία του σύγχρονου πολιτισμού."

Οι σουπερνόβες εμφανίζονται συνήθως όταν εξαντλούν τα πολύ μεγάλα αστέρια τα καύσιμα τους και καταρρέουν κάτω από τη βαρύτητά τους. Στην περίπτωση του SN 2006gy, οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι μπορεί να έχει προκαλέσει την έκρηξη ένα πολύ διαφορετικό φαινόμενο. Υπό ορισμένες συνθήκες, ο πυρήνας ενός άστρου  μεγάλης μάζας παράγει τόσο πολλή ακτινοβολία ακτίνων γάμμα, που κάποια από την ενέργεια της ακτινοβολίας γ μετατρέπεται σε ζεύγη σωματίων  και αντισωματίων. Η προκύπτουσα μείωση της ενέργειας αναγκάζει το αστέρι να καταρρεύσει κάτω από την τεράστια βαρύτητά του.

Μετά από αυτήν την βίαια κατάρρευση, οι θερμοπυρηνικές αντιδράσεις δεν σταματούν και το αστέρι εκρήγνυται, διασκορπίζοντας τα υπολείμματα στο διάστημα. Τα στοιχεία του SN 2006gy δείχνουν ότι τα πρώτα πρώτα αστέρια κυρίως καταρρέουν και γίνονται θεαματικές σουπερνόβες - αντί να καταρρέουν προς μια μαύρη τρύπα όπως πιστεύαμε.

"Στον πρώιμο Κόσμο μεταξύ αυτών των δύο δυνατοτήτων υπάρχει τεράστια διαφορά", τονίζει ο Smith. "Η μία δυνατότητα γεμίζει το γαλαξία με μεγάλες ποσότητες βαρέων στοιχείων που τότε δημιουργούνται και με την άλλη κλειδώνονται για πάντα σε μια μαύρη τρύπα."

Τα αποτελέσματα από τον Smith και τους συναδέλφους του θα δημοσιευτούν στο Αστροφυσικό Περιοδικό (Astrophysical Journal)

Οι υπερκαινοφανείς που γνωρίζουμε έχουν δημιουργηθεί με τον ίδιο τρόπο: δηλαδή με την έκρηξη ενός λευκού νάνου ή του πυρήνα ενός μεγάλου αστέρα, η μάζα των οποίων λόγω απορρόφησης αερίου από ένα διπλανό άστρο ή από κάποια άλλη αιτία, ξαφνικά γίνεται μεγαλύτερη από 1,4 φορές τη μάζα του ήλιου. Αντικείμενα με μάζα μεγαλύτερη από αυτό το όριο, που ονομάζεται όριο Τσαντρασέκαρ, δεν είναι δυνατόν να εξισορροπήσουν την ελκτική δύναμη της βαρύτητας με καμία άλλη δύναμη της φύσης και αρχίζουν να «καταρρέουν» κάτω από το ίδιο τους το βάρος. Κατά την κατάρρευση τα εξωτερικά στρώματα του αστέρα αποκτούν τεράστιες ταχύτητες, προσκρούουν στα σκληρά εσωτερικά στρώματα και «αναπηδούν» προς τα έξω, δημιουργώντας το φαινόμενο της έκρηξης του υπερκαινοφανούς. Αν η έκρηξη έχει προέλθει από την κατάρρευση του πυρήνα ενός μεγάλου αστέρα, τότε τα κεντρικά εσωτερικά σκληρά στρώματά του δημιουργούν έναν αστέρα νετρονίων.

Όμως, οι θεωρητικοί αστροφυσικοί είχαν προβλέψει από τη δεκαετία του '60 και ένα άλλο είδος υπερκαινοφανούς έκρηξης, αυτή που οφείλεται στην έκρηξη ενός αστέρα πάρα πολύ μεγάλης μάζας, δηλαδή μεγαλύτερης από 140 φορές τη μάζα του Ηλίου. Στους πολύ μεγάλους αστέρες η βαρυτική έλξη εξισορροπείται από την πίεση του αερίου των φωτονίων στο εσωτερικό τους. Αν όμως η θερμοκρασία των εσωτερικών τους στρωμάτων γίνει πολύ μεγάλη, η ενέργεια των φωτονίων μετατρέπεται σε σωματίδια, σύμφωνα με την εξίσωση Ε = mc² . Έτσι τα φωτόνια «εξαφανίζονται» και η δύναμη της βαρύτητας συμπιέζει απότομα τον αστέρα. Στην περίπτωση αυτή το υδρογόνο και το ήλιο του αστέρα μετατρέπονται ακαριαία σε βαρύτερα στοιχεία, όπως ακριβώς συμβαίνει και με την έκρηξη μιας βόμβας υδρογόνου. Αλλά στην περίπτωση αυτή η ενέργεια που παράγεται είναι 10³⁶ φορές περισσότερη από μιας βόμβας υδρογόνου, ένας πραγματικά τεράστιος αριθμός. Η έκρηξη αυτή διαλύει ολόκληρο τον αστέρα και δεν αφήνει κανένα υπόλειμμα. Στα χαρτιά το σενάριο αυτό φαινόταν να δουλεύει τέλεια, υπήρχε όμως ένα «μικρό» πρόβλημα: κανένας δεν γνώριζε αν στη φύση υπάρχουν όντως τόσο μεγάλα αστέρια. Η παρατήρηση του υπερκαινοφανούς SN2006gy φαίνεται ότι έδωσε καταφατική απάντηση στο παραπάνω ερώτημα.

Η έκρηξη ενός τέτοιου πολύ μεγάλου αστέρα με τον μηχανισμό που μόλις αναφέρθηκε είναι ένα πραγματικά πολύ εντυπωσιακό φαινόμενο. Για πολλούς μήνες ο υπερκαινοφανής ακτινοβολεί με απίστευτα μεγάλη ένταση, 100 δισεκατομμύρια φορές πιο έντονα από όσο ο ήλιος μας ή με άλλα λόγια, ο υπερκαινοφανής μόνος του ακτινοβολεί όσο και ο γαλαξίας στον οποίο ανήκει. Αν όμως είχε εκραγεί ένας υπερκαινοφανής αυτού του είδους στον δικό μας Γαλαξία, τότε η απόστασή του από τη Γη θα ήταν μερικές χιλιάδες έτη φωτός, και το φαινόμενο θα ήταν ορατό από όλους μας. Ο υπερκαινοφανής θα είναι ορατός ακόμα και την ημέρα, ενώ το βράδυ θα μπορεί να διαβάσει κανείς ένα βιβλίο με το φως του. Αν μάλιστα η απόστασή του είναι μικρότερη από 200 έτη φωτός, τότε είναι πολύ πιθανόν η έκρηξη να έχει επιπτώσεις και στη ζωή πάνω στη Γη. Είναι δε γνωστό ότι στο παρελθόν αυτό ήδη έχει συμβεί μία φορά, πριν από δύο εκατομμύρια χρόνια, και πολλοί επιστήμονες θεωρούν ότι ο κίνδυνος αυτός θα πρέπει να ληφθεί σοβαρά υπόψη.

Σε μια έρευνα που έγινε πριν από δύο χρόνια μεταξύ επιστημόνων διαφόρων κλάδων, ο κίνδυνος εξαφάνισης της ζωής στη Γη από την έκρηξη ενός «κοντινού» υπερκαινοφανούς κατατάχθηκε στα δέκα πιο «επικίνδυνα» ενδεχόμενα. Γνωρίζουμε την ύπαρξη ενός τόσο μεγάλου αστεριού στον γαλαξία μας; Η απάντηση είναι καταφατική, ευτυχώς όμως που το αστέρι αυτό, το Ήτα στον αστερισμό της Τρόπιδος (Eta Carinae), βρίσκεται σε απόσταση 7.500 ετών φωτός.

Το αστέρι αυτό, που είναι ορατό μόνο από τους κατοίκους του νότιου ημισφαιρίου της Γης, είχε τραβήξει την προσοχή των αστρονόμων ήδη από τον 18ο αιώνα επειδή παρουσιάζει πολύ εντυπωσιακές αυξομειώσεις της λαμπρότητάς του. Στα μέσα του 19ου αιώνα μάλιστα ήταν το δεύτερο πιο λαμπρό αστέρι στον νυχτερινό ουρανό μετά τον Σείριο, ο οποίος όμως βρίσκεται σε χίλιες φορές πλησιέστερη απόσταση. Οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι ο Ήτα της Τρόπιδος, που έχει μάζα 120 φορές τη μάζα του Ηλίου, βρίσκεται σε κατάσταση ισχυρής αστάθειας και πρόκειται «σύντομα» να εκραγεί ως υπερκαινοφανής. Βέβαια το αστέρι αυτό βρίσκεται σε απόσταση ασφαλείας από εμάς, αλλά υπάρχουν κι άλλα αστέρια, σε μικρότερες αποστάσεις, που πρόκειται να εκραγούν στο μέλλον. Ένα από αυτά μάλιστα βρίσκεται σε απόσταση «μόνο» 150 ετών φωτός, αλλά ευτυχώς δεν αναμένεται να εκραγεί πριν από πολλές δεκάδες εκατομμύρια έτη.