Η μακρόχρονη αστρική έκρηξη πυροδοτεί την ελπίδα μιας σουπερνόβα που δεν έχουμε ξαναδεί

Πριν από ένα δισεκατομμύριο χρόνια, κάτι στο στροβιλιζόμενο σκοτάδι του διαστήματος ξέσπασε με μια μανία που έκρυψε τη λάμψη ολόκληρων γαλαξιών. Τελικά, το φως από αυτόν τον κατακλυσμό έφτασε στη Γη και τον Νοέμβριο του 2016, συνελήφθη από μια ομάδα ατρόμητων ανθρώπων στον δορυφόρο Gaia της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας. Διαπίστωσαν ότι η πυρκαγιά δεν ήταν απλώς απίστευτα ενεργητική, αλλά, σαν μια μοναχική φωτιά, συνέχιζε να καίει, χαμηλώνοντας τόσο αργά που η λάμψη της μπορεί να δει ακόμα χρόνια μετά την έναρξή της.

Αυτό δεν ήταν ένα τυπικό σουπερνόβα, τα πυροτεχνήματα στο τέλος της ζωής ενός τεράστιου αστεριού. Αυτό το γεγονός προήλθε από ένα αστέρι τόσο γιγάντιο - τουλάχιστον 100 φορές τη μάζα του δικού μας ήλιου - που ο θάνατός του δεν έμοιαζε σχεδόν με τίποτα που είχαν δει ποτέ οι επιστήμονες. Τόσο μεγάλα αστέρια ήταν πιθανώς κοινά στο πρώιμο σύμπαν, αλλά έχουν γίνει εξαιρετικά σπάνια. Ακόμα και η τοποθεσία του ήταν περίεργη. φαινόταν 54.000 έτη φωτός μακριά από το πλέγμα του νάνου γαλαξία του, μακριά από οπουδήποτε θα μπορούσατε να ελπίζετε να βρείτε μια μυστηριώδη λάμψη.

Όπως αναφέρθηκε αυτόν τον Αύγουστο στο The Astrophysical Journal , η εκπληκτική φύση του φαινομένου το καθιστά ισχυρό υποψήφιο για έναν από τους δύο τύπους εξαιρετικά άπιαστων, ακόμα υποθετικών αστρικών πυρών. Και επειδή το υπερμεγέθη αστέρι που εξερράγη αποτελεί εξαιρετική βάση για τα εφήμερα αστέρια που υπήρχαν στα πρώτα κεφάλαια του σύμπαντος, το συμβάν θα μπορούσε να βοηθήσει τους αστρονόμους να κατανοήσουν καλύτερα αυτό το παλιό κεφάλαιο της κοσμικής ιστορίας μας.

Αρχικά, το SN 2016iet —όπως ονομάστηκε η έκρηξη— θεωρήθηκε ότι ήταν μια υπερφωτεινή σουπερνόβα, τίποτα πολύ ασυνήθιστο με μια ματιά.

Αλλά αυτό το γεγονός ήταν εξαιρετικά ενεργητικό. «Περιμέναμε και περιμέναμε να φύγει αυτό το πράγμα», είπε ο Έντο Μπέργκερ, αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ και συν-συγγραφέας της νέας μελέτης. "Όμως κάθε φορά που πηγαίναμε στο τηλεσκόπιο και το παρατηρούσαμε ξανά, ήταν ακόμα εκεί, σβήνοντας τόσο αργά."

Με τη λογική των αστρικών σπασμών, μια τέτοια τεράστια έκρηξη πρέπει να προήλθε από ένα παρόμοιο τεράστιο αστέρι. Τα υπερμεγέθη αστέρια είναι σπάνια. καίγονται μανιασμένα και είναι βραχύβια. «Είναι τα πιο λαμπερά αστέρια στον ουρανό, έτσι όπως οι διασημότητες, απαιτούν την προσοχή μας», είπε ο Brian Fields, αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο του Ιλινόις, Urbana-Champaign, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη.

Η ομάδα διαπίστωσε ότι το SN 2016iet έλαβε χώρα σε μια περιοχή που στερείται μετάλλων - ο όρος που χρησιμοποιούν οι αστρονόμοι για όλα τα στοιχεία βαρύτερα από το υδρογόνο ή το ήλιο. Τα μέταλλα στα αστέρια τους βοηθούν να απορρίψουν άφθονο υλικό κατά τη διάρκεια της ζωής τους, έτσι ώστε στο τέλος της ζωής τους να έχουν συνήθως μικρότερη μάζα από αυτή με την οποία ξεκίνησαν. Τα αστέρια χωρίς μέταλλα δεν μπορούν να αποβάλουν εύκολα υλικό και τείνουν να παραμένουν υπερμεγέθη.

Το αστέρι που έκανε το SN 2016iet ήταν σίγουρα κορυφαίο. Χρησιμοποιώντας μοντέλα αστρικών εκρήξεων, η ομάδα εκτιμά ότι το αρχικό αστέρι είχε μάζα 120 έως 260 φορές τη μάζα του ήλιου μας όταν άρχισε να καίει σοβαρά το καύσιμο υδρογόνου του.

Αυτό κάνει το SN 2016iet μια εξαιρετική ευκαιρία.

Το πρώιμο σύμπαν δεν περιείχε σχεδόν καθόλου μέταλλα, καθώς τα αστέρια δεν τα είχαν φτιάξει ακόμα. Τα αρχέγονα αστέρια, οι πρώτοι μεταλλουργοί, κατασκεύασαν τα βαριά στοιχεία που βοήθησαν στη δημιουργία μελλοντικών γενεών αστεριών και, τελικά, πλανητών. Αυτά τα πρώτα αστέρια ήταν, είπε ο Φιλντς, ουσιαστικά οι «πρώτοι σπόροι της ζωής». Ήταν επίσης, πρόσθεσε, «ένας από τους πρώτους φάρους που φώτισαν το σύμπαν και τελείωσαν τους σκοτεινούς αιώνες».

Μάλλον ήταν επίσης υπερμεγέθεις, γεγονός που κάνει το αστέρι που προκάλεσε το SN 2016iet μια προεπισκόπηση του πώς μπορεί να φαίνονταν και να συμπεριφέρονταν. Ίσως ήταν επίσης υπεύθυνες για τις πρώτες μαύρες τρύπες, είπε ο Stan Woosley, αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Santa Cruz. Αυτές οι πρώτες μαύρες τρύπες μπορεί να έχουν μεγαλώσει στα τέρατα που υπάρχουν σήμερα στις καρδιές των γαλαξιών.

Το πόσο μεγάλο ήταν το αστέρι θα παίξει τεράστιο ρόλο στον προσδιορισμό ακριβώς του είδους της φωτεινής καταστροφής που ήταν η έκρηξη. Θα μπορούσε να είναι ένας από τους δύο τύπους εξαιρετικά ενεργητικών γεγονότων που, προς το παρόν, υπάρχουν μόνο στη θεωρία.

Όλα τα αστέρια, συμπεριλαμβανομένου του ήλιου μας, παίζουν ένα παιχνίδι βαρυτικής εξισορρόπησης:η τεράστια βαρύτητα ενός αστεριού προσπαθεί να το καταρρίψει σε ένα σημείο, αλλά η ενέργεια από τον θερμοπυρηνικό κλίβανο στον πυρήνα του άστρου δημιουργεί μια πίεση προς τα έξω, ωθώντας προς τα πίσω.

Σε μερικά από τα πιο υπερμεγέθη αστέρια, με τους εν λόγω φούρνους να πυροδοτούνται σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες, δημιουργούνται πολλά ζεύγη ύλης-αντιύλης. Μέρος της ενέργειας που διαφορετικά θα συνέβαλλε στην καταπολέμηση της βαρύτητας απορροφάται από την κατασκευή αυτών των ζευγών. Η εξωτερική πίεση δεν μπορεί να συμβαδίσει με τη βαρύτητα, η οποία στη συνέχεια κυριαρχεί και κάνει το αστέρι να συρρικνώνεται.

Η κατάρρευση γεννά κατακλυσμό. Το αστέρι συστέλλεται τόσο βίαια και ο πυρήνας καίγεται τόσο έντονα που «με έναν παλμό, η πυρηνική καύση ανατινάζει το αστέρι εντελώς χώρια», είπε ο Woosley, ο οποίος έπαιξε καθοριστικό ρόλο στην ανάπτυξη της θεωρίας αυτών των «υπερνόβα αστάθειας ζεύγους». Είναι «πιθανώς η πιο βίαιη θερμοπυρηνική έκρηξη στο σύγχρονο σύμπαν», είπε. Οι εκρήξεις είναι τόσο πλήρεις που ολόκληρο το αστέρι έχει εξαφανιστεί και δεν μένει τίποτα πίσω για να σχηματιστεί μια μαύρη τρύπα.

Εάν ένα αστέρι έχει μικρότερη συνολική μάζα αλλά εξακολουθεί να είναι αρκετά μαζικό για παρεμβολή από αυτά τα ενοχλητικά ζεύγη, συστέλλεται και καίγεται, αλλά όχι τόσο επιθετικά ώστε να σχιστεί. Το αστέρι αναπηδά πίσω, εκτοξεύει ένα γιγάντιο κέλυφος ύλης που κινείται με χιλιάδες μίλια το δευτερόλεπτο έξω στο σύμπαν. Η διαδικασία επαναλαμβάνεται με την πάροδο του χρόνου. Τα κοχύλια που εκτινάχθηκαν πρόσφατα συγκρούονται με παλαιότερα κοχύλια, παράγοντας τεράστιες εκρήξεις φωτός. Τελικά, χάνεται τόση πολλή μάζα που η δημιουργία νέων ζευγών δεν επηρεάζει σημαντικά το αστέρι και πεθαίνει σε ένα κλασικό σενάριο σχηματισμού μαύρης τρύπας.

Αυτό είναι γνωστό ως «σουπερνόβα αστάθειας παλμικού ζεύγους». Για να γίνει ένα από αυτά, το αρχικό αστέρι κατά τη φάση καύσης του υδρογόνου πρέπει να έχει μάζα τουλάχιστον 90 φορές μεγαλύτερη από αυτή του ήλιου, είπε ο Woosley. Ένα σουπερνόβα αστάθειας ζεύγους πλήρους έκρηξης απαιτεί ένα αστέρι του οποίου η μάζα κατά τη φάση καύσης του υδρογόνου ήταν 140 ηλιακές μάζες. Με τουλάχιστον 120 ηλιακές μάζες, το SN 2016iet θα μπορούσε να χωρέσει μία από αυτές τις ιστορίες. Ο Berger εξήγησε ότι όσο περισσότερο το SN 2016iet συνεχίζει να παράγει μια υστεροφημία, τόσο υψηλότερες θα γίνονται οι εκτιμήσεις για τη μάζα του αστεριού.

Ωστόσο, κανένα μοντέλο αστρικής καταστροφής δεν ταιριάζει απόλυτα.

Το συμβάν είχε δύο κορυφές φωτεινότητας, οι οποίες μπορεί να αντιπροσωπεύουν κελύφη ύλης που συγκρούονται. Αλλά τα μοντέλα λένε ότι ο χρόνος μεταξύ των κορυφών πρέπει να είναι σε χρονικές κλίμακες αιώνων, όχι 100 ημερών. Επιπλέον, εάν αυτός ήταν ο παλμικός τύπος, είπε ο Woosley, τότε το συμβάν ήταν πολύ φωτεινό για πάρα πολύ καιρό. Το SN 2016iet έχασε επίσης μεγάλη μάζα μόλις μια δεκαετία πριν από την τελική έκρηξη, είπε ο Berger — πάρα πολύ μάζα πολύ αργά για να χωρέσει στα μοντέλα.

Ένα άλλο αινιγματικό ερώτημα είναι πώς έγινε αυτή η έκρηξη 54.000 έτη φωτός από τον οικοδεσπότη νάνο γαλαξία της - μια περιοχή που φαίνεται να στερείται μεγάλο μέρος οποιουδήποτε δομικού υλικού αστεριών. «Πώς θα μπορούσε σε ένα αστέρι να αρέσει αυτό το σχήμα από μόνο του;» είπε ο Μπέργκερ.

Μια ιδέα είναι ότι το συμβάν συνέβη μέσα σε έναν γαλαξία, αλλά αυτό που απλώς δεν μπορούμε να το δούμε, επειδή αυτή τη στιγμή ξεπερνιέται από την έκρηξη, είπε ο Σεμπάστιαν Γκόμεζ, μεταπτυχιακός φοιτητής στο Χάρβαρντ και κύριος συγγραφέας της νέας μελέτης. Η ομάδα ζητά τώρα τη βοήθεια του αξιοσέβαστου διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble για να το αναζητήσει.

Με τα δύσκολα εξηγήσιμα χαρακτηριστικά του SN 2016iet, υπάρχουν δύο δυνατότητες. Το πρώτο είναι ότι τα θεωρητικά μοντέλα για σουπερνόβα αστάθειας ζευγών χρειάζονται μικροαλλαγές για να ταιριάζουν με τις παρατηρήσεις. Εναλλακτικά, το συμβάν δεν είναι κανένας τύπος θανάτου αστεριών, αν και αν ναι, "θα πρέπει να είναι κάτι πραγματικά περίπλοκο", είπε ο Γκόμεζ, "ή κάτι για το οποίο δεν γνωρίζουμε."

Η ομάδα θα συνεχίσει να παρατηρεί το SN 2016iet για να δει αν είναι πραγματικά οποιοσδήποτε τύπος σουπερνόβα. Σε κάθε περίπτωση, πιθανότατα δεν θα είναι ένα τόσο σπάνιο γεγονός για πολύ ακόμη.

Ο Fields εξήγησε ότι το Large Synoptic Survey Telescope, το οποίο μπορεί να δει ολόκληρο τον διαθέσιμο ουρανό σε μόλις τρεις νύχτες, κατασκευάζεται επί του παρόντος στη Χιλή. Όταν είναι έτοιμο, γύρω στο 2022, θα επιτρέψει στους επιστήμονες να «βλέπουν οτιδήποτε κινείται, τρεμοπαίζει, εκτοξεύεται ή εκρήγνυται».

Οι αστρολόγοι, είπε, θα βρίσκουν περισσότερα σουπερνόβα κάθε χρόνο από ό,τι σε όλη την ανθρώπινη ιστορία μέχρι σήμερα. Θα εντοπιστούν επίσης περισσότερα θηριώδη αστέρια με μπερδεμένους θανάτους και η κατανόησή μας γι' αυτούς θα κάνει ένα τεράστιο άλμα.

Μέχρι τότε, η αναζήτηση για αυτούς τους υποθετικούς τερατώδεις θανάτους αστέρων συνεχίζεται. «Ξέρουμε ότι αυτά τα πράγματα πρέπει να είναι εκεί έξω», είπε ο Woosley. "Τουλάχιστον, το κάνω."