π
Σπάνιο αστρικό σύστημα θα πυροδοτήσει μία έκρηξη κιλονόβα
του Αλέξη Δεληβοριά, Διδάκτορα Φυσικής
Αστρονόμοι από τις ΗΠΑ και την Νέα Ζηλανδία ανακάλυψαν το πρώτο στην ιστορία διπλό αστρικό σύστημα, το οποίο θα εκραγεί μελλοντικά ως κιλονόβα, μία αστρική έκρηξη που προκαλείται από την σύγκρουση και συγχώνευση δύο αστέρων νετρονίων. Αυτού του είδους τα αστρικά συστήματα είναι τόσο σπάνια, που μόλις 10 περίπου απ’ αυτά υπολογίζεται ότι υπάρχουν ανάμεσα στα τουλάχιστον 100 δισ. άστρα του Γαλαξία μας.
Όταν δύο αστέρες νετρονίων συγκρούονται και συγχωνεύονται μεταξύ τους, ένα μικρό ποσοστό ύλης από τις εξωτερικές τους στιβάδες, που αποτελείται κυρίως από νετρόνια, αναμεμιγμένα ; με πολύ μικρότερες συγκεντρώσεις πρωτονίων και ηλεκτρονίων, εκτινάσσεται στο Διάστημα, σχηματίζοντας ένα διαστελλόμενο νέφος ύλης. Τα σωματίδια στο εσωτερικό του νέφους ενώνονται μεταξύ τους σχηματίζοντας όλο και βαρύτερους ατομικούς πυρήνες, περιλαμβανομένων και ραδιενεργών ισοτόπων, που καθώς διασπώνται, εκλύουν μεγάλα ποσά θερμότητας, τα οποία προσδίδουν στο νέφος μια ηλεκτρομαγνητική έκλαμψη που θυμίζει σουπερνόβα, αλλά είναι περίπου 100 φορές ασθενέστερη. Αυτού του είδους οι εκρήξεις ονομάζονται κιλονόβα και αποτελούν σημαντική πηγή προέλευσης των βαρέων στοιχείων που εμπεριέχει το Σύμπαν.
Το σύστημα αυτό με την κωδική ονομασία CPD-29 2176, βρίσκεται περίπου 11.400 έτη φωτός μακριά από την Γη και ανακαλύφθηκε από το διαστημικό τηλεσκόπιο Neil Gehrels/Swift, ενώ μελετήθηκε σε βάθος από τον Noel Richardson (Embry-Riddle Aeronautical University) και τους συνεργάτες του, χρησιμοποιώντας δεδομένα από το τηλεσκόπιο SMARTS του Διαμερικανικού Τηλεσκοπίου Cerro Tololo στην Χιλή.
Το αστρικό σύστημα CPD-29 2176 αποτελείται από δύο αστρικά αντικείμενα, τα οποία βρίσκονται σε κοντινή τροχιά το ένα γύρω από το άλλο. Το πρώτο απ’ αυτά είναι ένας αστέρας νετρονίων που δημιουργήθηκε από μια αρκετά ηπιότερη έκρηξη σουπερνόβα (ultra-stripped supernova στην αγγλική ορολογία), στην διάρκεια της οποίας εκτινάσσονται πολύ λιγότερα υλικά, σε σχέση με μια τυπική έκρηξη σουπερνόβα. Το δεύτερο άστρο του συστήματος είναι ένα γιγάντιο, υπέρθερμο και ιδιαίτερα φωτεινό γαλάζιο άστρο (τύπου «Be», όπως ονομάζεται). Ο αστέρας νετρονίων έλκει με την βαρύτητά του υλικά από τις εξωτερικές στιβάδες του άστρου Be, που σημαίνει ότι και αυτό το άστρο θα εκραγεί μελλοντικά σε μια ήπιας μορφής έκρηξη σουπερνόβα, αφήνοντας ως λείψανο έναν δεύτερο αστέρα νετρονίων.
Επειδή, όμως είπαμε, η έκρηξη αυτή θα είναι και πάλι ήπια, οι δύο αστέρες νετρονίων θα παραμείνουν σε κοντινή τροχιά μεταξύ τους και καθώς θα χάνουν διαρκώς ενέργεια και στροφορμή, εκλύοντας βαρυτικά κύματα, η μεταξύ τους απόσταση θα μειώνεται όλο και πιο πολύ, ώσπου οι δύο αστέρες νετρονίων θα συγκρουστούν μεταξύ τους και εντέλει θα συγχωνευθούν σε μια έκρηξη κιλονόβα. Σύμφωνα με τους αστρονόμους της σχετικής μελέτης, που δημοσιεύθηκε την 1η Φεβρουάριου στο επιστημονικό περιοδικό Nature, η εξέλιξη αυτού του αστρικού συστήματος, από την γέννησή του μέχρι την έκρηξη κιλονόβα που θα σηματοδοτήσει το τέλος του, ακολουθεί σε γενικές γραμμές τα εξής στάδια.
Αρχικά, δύο γιγάντια και υπέρθερμα μπλε άστρα σχηματίζουν ένα διπλό αστρικό σύστημα. Δεδομένου ότι όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα ενός άστρου τόσο ταχύτερα καταναλώνει τα πυρηνικά του «καύσιμα» και τόσο νεότερο «πεθαίνει», το μεγαλύτερο απ’ αυτά «γερνά» πιο γρήγορα, πλησιάζοντας προς το τέλος της ζωής του. Κατά το τρίτο στάδιο εξέλιξης του συστήματος, το μικρότερο άστρο απορροφά ύλη από το μεγαλύτερο, «απογυμνώνοντάς» το έτσι από μεγάλο μέρος της εξωτερικής του ατμόσφαιρας. Εντέλει, το μεγαλύτερο άστρο θα τελειώσει κι αυτό τη ζωή του με μια «υπερ-απογυμνωμένη» (ultra-stripped) και αρκετά ηπιότερη έκρηξη σουπερνόβα, αφήνοντας ως λείψανο έναν αστέρα νετρονίων. Στο πέμπτο στάδιο, αυτό δηλαδή που παρατηρούν τώρα οι αστρονόμοι, ο αστέρας νετρονίων αρχίζει να απορροφά υλικά από τον συνοδό του. Έτσι, λοιπόν, έχοντας απωλέσει σημαντικό μέρος της εξωτερικής του ατμόσφαιρας, το άστρο-συνοδός θα εκραγεί και αυτό ως «υπερ-απογυμνωμένος» σουπερνόβα, σε περίπου 1 εκατ. χρόνια.
Με το πέρας κι αυτού του σταδίου, εκεί που προηγουμένως υπήρχαν δύο γιγάντια μπλε άστρα, θα στροβιλίζονται δύο αστέρες νετρονίων γύρω από το κοινό κέντρο μάζας του συστήματος και σε μικρή απόσταση ο ένας από τον άλλον. Εκλύοντας διαρκώς βαρυτικά κύματα, οι δύο αστέρες νετρονίων θα χάνουν διαρκώς ενέργεια και στροφορμή, γεγονός που θα μειώνει όλο και πιο πολύ την μεταξύ τους απόσταση, ώσπου τελικά θα συγκρουστούν και θα συγχωνευθούν, πυροδοτώντας μια έκρηξη κιλονόβα.
Αυτό, ωστόσο, το τελικό στάδιο της εξέλιξης του αρχικού συστήματος υπολογίζεται ότι θα συμβεί σε λίγα δισεκατομμύρια χρόνια!
Φωτογραφία: Καλλιτεχνική αναπαράσταση του αστρικού συστήματος που θα εκραγεί στο μέλλον ως κιλονόβα (Credit: CTIO/NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Spaceengine/M. Zamani)
Πηγή: First Kilonova Progenitor System Identified | NOIRLab
Μπορείτε να βρείτε περισσότερες πληροφορίες για τις εκρήξεις κιλονόβα, καθώς και για την πρώτη ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων από την σύγκρουση δύο αστέρων νετρονίων στο ακόλουθο άρθρο:
π