Δόθηκε εξήγηση των νεαρών σουπερνόβα;

Πηγή: BBC, 14 Απριλίου 2009

Μια ομάδα αστρονόμων, με επικεφαλής τον Bo Wang από το Αστεροσκοπείο Yunnan, έχουν αναπτύξει ένα νέο μοντέλο που εξηγεί τον σχηματισμό των σουπερνόβα τύπου Ia σε ένα διάστημα κάτω των 100 εκατομμυρίων ετών, αντίθετα με τη θεωρία που λέει ότι χρειάζεται πάνω από αυτό τον χρόνο.

Αν και τα πρώιμα στάδια ενός σουπερνόβα ήταν γνωστή, η θεωρία δεν ήταν σε θέση να εξηγήσει καλά γιατί . Ο Wang Bo δείχνει ότι το μυστικό κρύβεται στη μεταφορά του υλικού από ένα άστρο πλούσιο σε ήλιο προς ένα συμπαγές λευκό νάνο - που είναι συνοδός του σε ένα δυαδικό σύστημα. Οπότε μόλις οι λευκοί νάνοι αποκτήσουν αρκετή μάζα γίνονται κατακλυσμιαία γεγονότα - οι υπερκαινοφανείς εκρήξεις - στις απαρχές της ζωής του γαλαξία μέσα στον οποίο σχηματίστηκαν.

Δεξιά: μια θερμοπυρηνική έκρηξη που παρατηρήθηκε από το διάσημο δανό αστρονόμο Tycho Brahe το 1572, πίσω από ένα νέφος πυριτίου, σιδήρου και άλλων βαριών στοιχείων που λάμπουν στις ακτίνες X (πράσινο και κόκκινο χρώμα). Το μέτωπο κλονισμού (λεπτός μωβ φλοιός) διαστέλλεται προς τα έξω με μια ταχύτητα 7.500 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο. Αυτή η σουπερνόβα τύπου Ia λέγεται Nova του Tycho, ενώ η επίσημη ονομασία του είναι SN 1572.

Οι περισσότεροι υπερκαινοφανείς τύπου Ia θεωρούμε ότι παρουσιάζονται όταν ένα λευκός νάνος (το υπέρπυκνο λείψανο ενός άστρου που έκαψε το ήλιο του σε οξυγόνο και άνθρακα) αντλεί υλικό από ένα συνοδό άστρο, με το οποίο αποτελούν ένα δυαδικό σύστημα και το ένα στρέφεται γύρω από το άλλο.

Όταν η μάζα του λευκού νάνου υπερβαίνει το λεγόμενο όριο Chandrasekhar - που είναι 1,4 φορές η μάζα του Ήλιου μας, τελικά καταρρέει και μέσα σε μερικά δευτερόλεπτα υφίσταται μια αφηνιασμένη αντίδραση θερμοπυρηνικής σύντηξης, εκρήγνυται και απελευθερώνει μια τεράστια ποσότητα ενέργειας ως σουπερνόβα τύπου Ia.

Η νέα θεωρία αφορά τους λευκούς νάνους, τα πυκνά λείψανα άστρων που έχουν κάψει το υδρογόνο προς ήλιο και στη συνέχεια το ήλιο σε άνθρακα και οξυγόνο. Η ισχύουσα θεωρία έκρινε ότι οι εν λόγω λευκοί νάνοι πλούσιοι σε άνθρακα και οξυγόνο μπορεί να συγκεντρώσουν κι άλλη μάζα από κοντινά αστέρια συνοδούς τους.

Κι όταν οι λευκοί νάνοι φθάσουν σε μια κρίσιμη μάζα, περίπου 40% μεγαλύτερη από τον Ήλιο, μπορούν να υφίστανται μια τρομερή θερμοπυρηνική σύντηξη. Μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα, γίνεται σύντηξη του άνθρακα προς βαρύτερα στοιχεία σε μια ανεξέλεγκτη διαδικασία που απελευθερώνει μεγάλες ποσότητες ενέργειας μέσα στο σύμπαν: αυτή είναι η υπερκαινοφανής έκρηξη.

Λόγω της υψηλής και αξιοσημείωτα σταθερής λαμπρότητας τους οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν αυτά τα γεγονότα ως «δείκτες αποστάσεων», για να μετρήσουν πόσο απέχουμε από άλλους γαλαξίες.

Κανονικά η θεωρία υπολόγιζε ότι η διαδικασία προσαύξησης της μάζας των λευκών νάνων κρατούσε πάνω από 100 εκατομμύρια χρόνια. Οπότε η υπερκαινοφανής έκρηξη συνέβαινε μετά από αυτό το χρονικό διάστημα. Ωστόσο, οι παρατηρήσεις των αστροφυσικών έδειχναν ότι περίπου οι μισές υπερκαινοφανείς εκρήξεις του τύπου Ia συμβαίνουν σε λιγότερο από 100 εκατομμύρια χρόνια.. 

Δηλαδή τα προηγούμενα μοντέλα για τα συστήματα αυτά δεν πρόβλεπαν ότι θα μπορούσαν να είναι τόσο νεαρά, όσο προβλέπει τώρα η θεωρία του Wang και της ομάδας του,  λύνοντας έτσι αυτό το μυστήριο.

Χρησιμοποιώντας μια προσομοίωση της αστρικής εξέλιξης η ομάδα του Wang έκανε υπολογισμούς σε περίπου 2.600 δυαδικά συστήματα που αποτελούνται από ένα λευκό νάνο και ένα αστέρι ηλίου, όπως λέγεται ένα καυτό μπλε αστέρι που κυριαρχεί στο φάσμα εκπομπής του το στοιχείο ήλιο και δεν έχει προλάβει να μετατραπεί ακόμα σε άνθρακα. Διαπίστωσαν λοιπόν ότι, αν το βαρυτικό πεδίο του λευκού νάνου κατορθώσει να τραβήξει υλικό από το άστρο ηλίου και αυξηθεί η μάζα του πέρα από το όριο Chandrasekhar, θα εκραγεί ως σουπερνόβα τύπου Ia σε χρόνο μικρότερο των 100 εκατομμυρίων ετών από το σχηματισμό του.

Η ομάδα τώρα κάνει σχέδια για την μοντελοποίηση των ιδιοτήτων του συνοδού άστρου με ήλιο κατά τη στιγμή της υπερκαινοφανής έκρηξης, που θα μπορούσαν να επαληθευθούν από μελλοντικές παρατηρήσεις του ουρανού από το Τηλεσκόπιο Large sky Area Multi-Object fiber Spectral Telescope (LAMOST). Το μέλος της ομάδας  Δρ Zhanwen Han σχολίασε, "Οι υπερκαινοφανείς τύπου Ia αποτελούν ένα βασικό εργαλείο για τον προσδιορισμό της κλίμακας του Σύμπαντος, γι αυτό και θα πρέπει να είμαστε σίγουροι για τις ιδιότητές τους. Η εργασία μας δείχνει ότι μπορούν να λαμβάνουν χώρα στις αρχές της ζωής του γαλαξία όπου κατοικούν. "

Οι ερευνητές ανέφεραν ότι η κλοπή της μάζας από το άστρο ηλίου είναι πιθανό να παράγει τα περισσότερα από τα "νεαρά" τύπου Ia σουπερνόβα που παρατηρούμε, αν όχι και το σύνολο αυτών.

Ίσως δε ο σημαντικός πληθυσμός των νεαρών σουπερνόβα τύπου Ia ενδέχεται να έχει επιπτώσεις στα μοντέλα γαλαξιακής χημικής εξέλιξης, επειδή ρίχνουν μεγάλα ποσά σιδήρου στο διαστρικό μέσο πολύ νωρίτερα από ό,τι εθεωρείτο μέχρι σήμερα.

Μπορεί, επίσης, να έχει επιπτώσεις και στην κοσμολογία, μιας που χρησιμοποιούνται ως δείκτες κοσμολογικών αποστάσεων.