Σουπερνόβα βγάζει προς τα έξω το εσωτερικό της

Οι αστρονόμοι παρατήρησαν εκ νέου ένα παλιό σουπερνόβα και διαπίστωσαν ότι ‘αναποδογύρισε’ κατά τη διάρκεια της έκρηξης της. Ο σίδηρος ο οποίος σχηματίζεται κατά τη διάρκεια που το άστρο πεθαίνει, είναι συνήθως στο κέντρο του κατάλοιπου του υπερκαινοφανούς. Αλλά στην περίπτωση της Κασσιόπης Α τον βρήκαν αντίθετα στο εξωτερικό τμήμα.

Μια καλλιτεχνική εικόνα (αριστερά) από τα εσωτερικά στρώματα του άστρου από το οποίο προέκυψε η Cassiopeia A, λίγο πριν εκραγεί. Δεξιά βλέπουμε την εικόνα της Κασσιόπης από το Chandra που είναι ένα κατάλοιπο υπερκαινοφανούς σήμερα. Ο σίδηρος εμφανίζεται σε μπλε χρώμα, το θείο σε πράσινο και το μαγνήσιο σε κόκκινο.

Η ανάλυση αυτή έχει ρίξει επίσης λίγο φως και σε ένα φαινόμενο που ονομάζεται "οπισθοχώρηση άστρου νετρονίων”, στο οποίο το αστέρι νετρονίων που σχηματίζεται σε μια έκρηξη σουπερνόβα οπισθοχωρεί κατά τη διάρκεια της έκρηξης.

Η Κασσιόπη A (ή Cas A για συντομία) είναι το αποτέλεσμα μιας υπερκαινοφανούς κατάρρευσης πυρήνα, ένα είδος αστρικής έκρηξης που μόνο τα τεράστια αστέρια περνούν. Βρίσκεται περίπου 11 χιλιάδες έτη φωτός από τη Γη και εξερράγη 330 χρόνια πριν, που αποτελεί το δεύτερο νεότερο κατάλοιπο σουπερνόβα στον Γαλαξία μας.

Τα άστρα λειτουργούν με καύσιμο το υδρογόνο. Όταν αυτό έχει εξαντληθεί, τότε ο πυρήνας του άστρου αρχίζει να καταρρέει, και θερμαίνεται. Αυτή η αύξηση της θερμοκρασίας σημαίνει ότι το άστρο μπορεί τώρα να αρχίσει να συντήκει ήλιο αντί για υδρογόνο. Όλα τα αστέρια της κύριας ακολουθίας (όπως ο ήλιος μας) θα φτάσει τελικά στο στάδιο του «ερυθρού γίγαντα».

Αλλά τι θα συμβεί στη συνέχεια εξαρτάται από το πόσο μεγάλο είναι το άστρο. Τα πραγματικά μεγάλα αστέρια, πάνω από οκτώ φορές τη μάζα του ήλιου μας, αρχίζουν να συντήκουν το ήλιο προς βαρύτερα στοιχεία. Έτσι εν συνεχεία σχηματίζεται και καίγεται άνθρακας, οξυγόνο, νέον και πυρίτιο, οπότε ο πυρήνας καταρρέει κάθε φορά και περισσότερο, ενώ τα εξωτερικά στρώματα ψύχονται και διαστέλλονται. Τελικά, έχει απομείνει μόνος ένας πυρήνας από σίδηρο. Η σύντηξη του σιδήρου καταναλώνει ολοένα και περισσότερη ενέργεια, οπότε η σύντηξη σταματά.
Τώρα όμως δεν υπάρχει πίεση προς τα έξω εξ αιτίας της σύντηξης, οπότε η βαρύτητα παίρνει τη σκυτάλη και το αστέρι καταρρέει. Σε περίπου ένα δευτερόλεπτο, ο πυρήνας του άστρου (με ένα μέγεθος περίπου σαν της Γης) καταρρέει σε ένα αστέρι νετρονίων (με περίπου 15 χιλιόμετρα πλάτος) ή σε μια μαύρη τρύπα (θεωρητικά, με μηδενικό πλάτος). Τα υποατομικά σωματίδια που αποτελούσαν τον πυρήνα συνθλίβονται μαζί. Πρωτόνια και ηλεκτρόνια μετατρέπονται σε νετρόνια και νετρίνο.

Αυτά τα νετρίνα (από τον πυρήνα του παλαιού άστρου) ωθούν προς τα έξω τα καταρρέοντα στρώματα του άστρου πίσω στο διάστημα. Αυτή η «αναπήδηση» των εσωτερικών στρωμάτων λόγω των νετρίνων δημιουργεί ένα κρουστικό κύμα που κινείται με μεγάλη ταχύτητα προς τα έξω, έχοντας αρκετή ενέργεια για να τήξει ακόμα βαρύτερα στοιχεία. Έτσι στην υπερκαινοφανή έκρηξη σχηματίζονται χρυσός, ασήμι, πλατίνα ακόμη και ουράνιο.

Τα νετρίνα που σχηματίζονται κατά τη διάρκεια αυτής της κατάρρευσης του άστρου φτάνουν στη Γη προτού καν δούμε κάποιο φως – σαν προπομπός, ενώ το κρουστικό κύμα εξακολουθεί να μάχεται με τα εξωτερικά στρώματα του νεκρού άστρου. Το φως που εκπέμπεται ως αποτέλεσμα της διαστολής των κρουστικών κυμάτων συντρίβεται πάνω στο αέριο και τη σκόνη στο δρόμο του έξω από τη σουπερνόβα. Μελετώντας δε αυτό το φως, οι αστρονόμοι μπορούν να εντοπίσουν στοιχεία που υπάρχουν στο κατάλοιπο της σουπερνόβα.

Ο σίδηρος που σχηματίζεται κατά τη διάρκεια του θανάτου της έχει απομακρυνθεί από το κέντρο του κατάλοιπου του υπερκαινοφανούς, σύμφωνα με μια νέα δημοσίευση από τους Una Hwang και J Martin Laming, του Κέντρου Διαστημικών Πτήσεων Goddard που δημοσιεύθηκε στο Astrophysical Journal.

Οι Hwang και Laming μελέτησαν δεδομένα ακτίνων Χ από το Cas A που συγκεντρώθηκαν από το Παρατηρητήριο ακτίνων-Χ Chandra της NASA. Οι δύο τους παρατηρούσαν το πώς κατανέμονταν διάφορα στοιχεία σε ολόκληρο το υπόλειμμα του υπερκαινοφανούς. Έτσι είδαν ότι όλος ο σίδηρος ήταν σαφώς έξω από την κεντρική περιοχή του κατάλοιπου.

"Είναι εκπληκτικό ότι βλέπουμε ουσιαστικά όλο τον σίδερο που περιμέναμε, αλλά στο εξωτερικό τμήμα και τίποτα στο κέντρο", δήλωσε ο Laming.

Το κατάλοιπο Cas A το βλέπουμε 330  χρόνια μετά την έκρηξη. Κανονικά, δεν θα ήμασταν σε θέση να δούμε το εσωτερικό που εκτινάχθηκε – τα κομμάτια του άστρου – τόσο νωρίς στην εξέλιξη του κατάλοιπου. Όμως χάρη σε ένα άστρο που «έκλεψε» μερικά από τα υλικά του, ο προκάτοχος του κατάλοιπου Cas A έχασε αρκετή μάζα. Αυτό σημαίνει ότι μπορούμε να ρίξουμε μια ματιά στο εσωτερικό του Cas A πολύ νωρίτερα από ό,τι διαφορετικά θα είμαστε σε θέση να το κάνουμε.

Αυτό το φαινόμενο σήμαινε επίσης πως οι  Hwang και Laming μπορούσαν να ερευνήσουν κι άλλο ένα φαινόμενο που σχετίζεται με την κατάρρευση του πυρήνα του σουπερνόβα: το ‘λάκτισμα’ του άστρου νετρονίων.

Είναι γνωστό εδώ και καιρό ότι τα αστέρια νετρονίων μετά την έκρηξη σουπερνόβα, υφίστανται μια ανάκρουση – σαν να δέχονται ένα λάκτισμα – από το κέντρο της έκρηξης. Οι Hwang και Laming πιστεύουν ότι αυτή η ‘κλωτσιά’ παράγεται από την αστάθεια στον πυρήνα της σουπερνόβα. Αφού διατηρείται η ορμή  τότε τα υλικά που εκτινάσσονται θα κινηθούν προς την αντίθετη κατεύθυνση από ό,τι το άστρο νετρονίων – και αυτό ακριβώς είδαμε να γίνεται στο Cas Α. Οι εκτινάξεις, ως σύνολο,κινήθηκαν προς την αντίθετη κατεύθυνση με το αστέρι νετρονίων. Αλλά δεν βλέπουν τον σίδηρο να κινείται προς την αντίθετη κατεύθυνση, κάτι που θα περίμενε κανείς επίσης να δει.

Για καλύτερες παρατηρήσεις στις ακτίνες Χ οι αστρονόμοι περιμένουν την εκτόξευση του παρατηρητηρίου NuStar, που θα είναι το πρώτο παρατηρητήριο υψηλής ενέργειας ακτίνων-Χ, που οφείλει να ξεκινήσει στο τέλος αυτού του έτους. Θα πρέπει να είναι σε θέση να μας δώσει καλύτερα στοιχεία με τα οποία οι αστρονόμοι θα μπορούν να διερευνήσουν τον τρόπο με τον οποίο έγινε το Cas A και πώς το άστρο νετρονίων έκανε την ανάκρουση του.

Ειδικότερα, θα βοηθήσει τους αστρονόμους στον εντοπισμό της θέσης του τιτανίου-44 στο κατάλοιπο του υπερκαινοφανούς. Αυτοί οι ραδιενεργοί πυρήνες παράγονται με την ίδια διαδικασία που φτιάχνεται ο καθαρός σίδηρος, έτσι πρέπει να κατανέμεται κατά τον ίδιο τρόπο με τον σίδηρο. Οι αστρονόμοι λένε ότι τα τρέχοντα στοιχεία δείχνουν ότι δεν βρίσκεται μαζί με τον σίδηρο, στις παρυφές του κατάλοιπου, αλλά στην πραγματικότητα είναι στο κέντρο του. Αλλά, προειδοποίησε, ότι τα δεδομένα από το Chandra δεν είναι σαφή. Έτσι το NuStar θα είναι σε θέση να πάρει με σαφήνεια την εικόνα του τιτανίου-44 και ελπίζουν να πάρουν περισσότερες οριστικές απαντήσεις.

Πηγή

Posted in: Διάστημα