Οι μαύρες τρύπες έλκουν βίαια λευκούς νάνους και δημιουργούν υπερκαινοφανείς εκρήξεις

Πηγή: RedOrbit, 30 Ιανουαρίου 2008

Σύμφωνα με μια νέα μελέτη, η ισχυρή έλξη μιας μαύρης τρύπας προς ένα λευκό νάνο θα προκαλούσε παλιρροιακές δυνάμεις επαρκείς για να αναστατώσουν το αστρικό κατάλοιπο και να ξανανάψουν την πυρηνικό καύση σε αυτόν, προκαλώντας έτσι μια υπερκαινοφανή έκρηξη με μια ασυνήθιστη εμφάνιση. Οι παρατηρήσεις τέτοιων σουπερνοβών θα μπορούσαν να επιβεβαιώσουν την ύπαρξη των μαύρων οπών ενδιάμεσης μάζας, που αυτήν την περίοδο είναι το θέμα μεγάλης συζήτησης μεταξύ των αστρονόμων.

Έτσι μια παράξενη και βίαιη μοίρα αναμένει ένα λευκό νάνο αστέρι που περιπλανιέται κοντά σε μια μέσου βάρους μαύρη τρύπα.

Αυτή η σειρά των εικόνων παρουσιάζει την αλληλεπίδραση ενός λευκού νάνου άστρου με μια μαύρη τρύπα. Καθώς περνά τη μαύρη τρύπα, ο λευκός νάνος συμπιέζεται έντονα και θερμαίνεται (πάνω αριστερά), προκαλώντας μια έκρηξη. Το μεγαλύτερο μέρος της αστρικής μάζας εκτινάσσεται στο διάστημα (η "φυσαλίδα" στο πάνω δεξιό μέρος των συντριμμιών στην πάνω δεξιά εικόνα), ενώ το υπόλοιπο μέρος πέφτει προς τη μαύρη τρύπα. Ενώ η ύλη που εκτινάχθηκε διαστέλλεται γρήγορα, η ύλη που πέφτει μέσα στη μαύρη τρύπα φτιάχνει έναν βίαιο, παχύ δίσκο συσσώρευσης ή προσαύξησης γύρω από τη μαύρη τρύπα (ο λευκός δίσκος).

"Οι προσομοιώσεις μας παρουσιάζουν μια ειδική σουπερνόβα που θα ήταν μια μοναδική υπογραφή μιας ενδιάμεσου βάρους μαύρης τρύπας," λέει ο Enrico Ramirez- Ruiz, βοηθός καθηγητής της αστρονομίας και της αστροφυσικής στο πανεπιστήμιο Santa Cruz.

Ο Ramirez-Ruiz και οι συνεργάτες του -- Stephan Rosswog του πανεπιστημίου Jacobs στη Βρέμη, και William Hix στο Oak Ridge -- χρησιμοποίησαν λεπτομερείς προσομοιώσεις σε υπολογιστές για να παρακολουθήσουν ολόκληρη την διαδικασία της παλιρροιακής διάσπασης ενός λευκού νάνου από μια μαύρη τρύπα. Οι προσομοιώσεις τους περιέλαβαν δυναμική αερίου, βαρύτητα, και πυρηνική φυσική, που απαιτούν αρκετές εβδομάδες απασχόλησης των υπολογιστών για να προσομοιώσουν τα γεγονότα που θα πραγματοποιούνταν σε ένα κλάσμα μόνο του ενός δευτερολέπτου. Η εργασίας τους περιγράφεται στο Astrophysical Journal Letters.

Στην εργασία αυτή περιγράφεται λεπτομερώς η διάσπαση ενός λευκού νάνου με μάζα τα 2/10 της μάζα του ήλιου, από μια μαύρη τρύπα με μάζα 1.000 φορές αυτής του ήλιου. Οι ερευνητές επίσης διαπίστωσαν ότι μπορούν να αλλάξουν τη μάζα του λευκού νάνου και να πάρουν ακόμα την ίδια έκβαση -- παλιρροιακή διάσπαση και πυρηνική ανάφλεξη του λευκού νάνου.

"Κάθε αστέρι που δεν είναι πάρα πολύ βαρύ τελειώνει τη ζωή του σαν ένας λευκός νάνος, γι αυτό και είναι πολύ συνηθισμένα αντικείμενα. Ενδιαφερθήκαμε για το εάν η παλιρροιακή διάσπαση μπορεί να φέρει αυτό το αστρικό πτώμα πάλι στη ζωή, " λέει ο Rosswog, επικεφαλής συντάκτης της ανακοίνωσης.

Ένας λευκός νάνος μπορεί να εκραγεί ως σουπερνόβα τύπου Ia εάν συσσωρεύσει αρκετή μάζα πάνω του, αναρροφώντας την από ένα γειτονικό συνοδό αστέρι.

 Όταν φθάσει σε μια κρίσιμη μάζα (περίπου 1,4 φορές τη μάζα του ήλιου), ο λευκός νάνος  καταρρέει και εκρήγνυται. Οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν αυτές τις σουπερνόβες τύπου Ia ως "τυποποιημένα κεριά" για τις μετρήσεις των κοσμικών αποστάσεων, επειδή η φωτεινότητά τους εξελίσσεται στον χρόνο κατά τρόπο προβλέψιμο.

Η νέα εργασία περιγράφει έναν ευδιάκριτα διαφορετικό μηχανισμό για έναν λευκό νάνο, στον οποίο η παλιρροιακή διάσπαση του από μια μαύρη τρύπα προκαλεί τη δραστική συμπίεση του αστρικού υλικού.

Ο λευκός νάνος γίνεται επίπεδος παίρνοντας τη μορφή μιας τηγανίτας που ευθυγραμμίζεται στο επίπεδο της τροχιάς του γύρω από τη μαύρη τρύπα. Καθώς κάθε τμήμα του αστεριού συμπιέζεται μέχρι ενός σημείου μέγιστης συμπίεσης, η ακραία πίεση προκαλεί μια απότομη αύξηση της θερμοκρασίας, η οποία προκαλεί την έναρξη μιας εκρηκτικής πυρηνικής καύσης.

Η έκρηξη εκτινάσσει πάνω από τα μισά συντρίμμια από το διαλυμένο αστέρι, ενώ τα υπόλοιπα αστρικά υλικά πέφτουν στη μαύρη τρύπα. Το υλικό που πέφτει σχηματίζει έναν φωτεινό δίσκο προσαύξησης, που εκπέμπει ακτίνες X και μπορεί να είναι ανιχνεύσιμες από το παρατηρητήριο των ακτίνων X Chandra, λένε οι ερευνητές.

"Είναι ένας νέος μηχανισμός για την ανάφλεξη ενός λευκού νάνου που οδηγεί σε έναν πολύ διαφορετικό τύπο σουπερνόβας από τον τύπο της σταθερής μορφής Ia, και ακολουθείται από μια πηγή ακτίνων X," λέει ο Ramirez- Ruiz.

Ο ίδιος υπολόγισε ότι αυτός ο τύπος του γεγονότος θα πρέπει να συμβαίνει περίπου 100 φορές λιγότερο συχνά από ότι συμβαίνει η σταθερή μορφή σουπερνόβας Ia, αλλά πρέπει να είναι ανιχνεύσιμος από τις μελλοντικές έρευνες με σκοπό να παρατηρήσουν μεγάλους αριθμούς σουπερνοβών. ΤοLarge Synoptic Survey Telescope (LSST), που προγραμματίζεται να ολοκληρωθεί το 2013, αναμένεται να ανακαλύψει εκατοντάδες χιλιάδες σουπερνοβών τύπου Ia κάθε χρόνο.

Ο μηχανισμός που περιγράφεται στην εργασία των επιστημόνων απαιτεί μια μαύρη τρύπα που δεν είναι ούτε πάρα πολύ μικρή ούτε πάρα πολύ μεγάλη. Τέτοιες ενδιάμεσης μάζας μαύρες τρύπες (500 έως 1.000 φορές τη μάζα του ήλιου), μπορούν να κατοικούν σε μερικά σφαιρωτά σμήνη αστεριών, αλλά υπάρχουν πολύ λιγότερα στοιχεία για την ύπαρξή τους από όσα υπάρχουν για τις σχετικά μικρές αστρικές μαύρες τρύπες (δεκάδες φορές η μάζα του ήλιου) ή για τις υπερβαρέες μαύρες τρύπες (με μερικά εκατομμύρια φορές τη μάζα του ήλιου), που βρίσκονται στα κέντρα των γαλαξιών.