Λύση στο μυστήριο των «υπέρλαμπρων σουπερνόβα»

Τα σουπερνόβα, οι εκρηκτικοί θάνατοι πελώριων γερασμένων άστρων, είναι συνήθως ένα δισεκατομμύριο φορές πιο λαμπρά από τον Ήλιο, ικανά να επισκιάσουν για λίγο ολόκληρους τους γαλαξίες τους. Υπάρχουν όμως και τα σπανιότερα «υπέρλαμπρα σουπερνόβα», δέκα με 100 φορές πιο ισχυρά.

Ο μηχανισμός αυτών των εκρήξεων παραμένει μυστήριο από την ανακάλυψή τους στις αρχές της περασμένης δεκαετίας. Τώρα, η περίπτωση ενός υπέρλαμπρου σουπερνόβα σε απόσταση ενός δισεκατομμυρίου ετών φωτός δείχνει να δίνει την απάντηση.

Η μελέτη που δημοσιεύεται στο Nature καταλήγει στο συμπέρασμα ότι το σουπερνόβα ήταν τόσο λαμπρό επειδή άφησε πίσω του ένα «μάγναστρο», ένα άστρο νετρονίων με ακραίο μαγνητικό πεδίο.

Καθώς το μάγναστρο περιστρεφόταν με αστρονομική ταχύτητα, το μαγνητικό πεδίο του αιχμαλώτισε φορτισμένα σωματίδια και τα εκτόξευσε με ταχύτητα σε διάφορες κατευθύνσεις. Τα σωματίδια χτύπησαν τα διογκούμενα σύννεφα αερίου της έκρηξης και τα έκανε να λάμπουν περισσότερο από το κανονικό.

Μάγναστρο

Όλα τα άστρα τροφοδοτούνται από πυρηνικές αντιδράσεις σύντηξης. «Όταν ένα μεγάλο άστρο εξαντλήσει τα πυρηνικά του καύσιμα, δεν μπορεί πλέον να αντισταθεί στη συντριπτική δύναμη της βαρύτητας» εξήγησε ο Τζόζεφ Φάρα του Αστεροσκοπείου Las Cumbres, ενός δικτύου 27 τηλεσκοπίων σε όλο τον κόσμο.

«Ο πυρήνας του άστρου συμπιέζεται κάτω από το βάρος ολόκληρου του άστρου από πάνω του. Συνθλίβεται με τέτοια δύναμη ώστε τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια ενώνονται και σχηματίζουν νετρόνια».

«Αν ο πυρήνας έχει αρκετά μεγάλη μάζα, θα καταρρεύσει και θα σχηματίσει μια μαύρη τρύπα. Αν όμως οι συνθήκες είναι κατάλληλες [και η μάζα δεν είναι τόσο μεγάλη], αυτό που απομένει είναι ένα άστρο νετρονίων».

Στη συγκεκριμένη περίπτωση, το άστρο νετρονίων είχε αρκετά ισχυρό μαγνητικό πεδίο ώστε να θεωρηθεί μάγναστρο –ένα αντικείμενο που συγκεντρώνει τη μάζα του Ήλιου σε μια σφαίρα περίπου 20 χιλιομέτρων, της οποίας το μαγνητικό πεδίο είναι δεκάδες τρισεκατομμύρια φορές ισχυρότερο από της Γης –το ισχυρότερο που γνωρίζουμε στο Σύμπαν.

Ένα από τα πρώτα γνωστά υπέρλαμπρα σουπερνόβα καταγράφηκαν το 2006 από τον αστροφυσικό Άντι Χάουελ του Αστεροσκοπείου Las Cumbres, μέλος της ομάδας που υπογράφει τη νέα μελέτη. Όπως είπε ο ίδιος στο Reuters, τα ευρήματα δείχνουν να επιβεβαιώνουν την υπόθεση που διατυπώθηκε το 2010 ότι τα υπέρλαμπρα σουπερνόβα τροφοδοτούνται από μάγναστρα.

Φαινόμενο Λενς-Τίρινγκ

Τα περισσότερα σουπερνόβα λάμπουν για μερικές εβδομάδες και μετά σβήνουν με προβλέψιμο τρόπο. Όμως ορισμένα υπέρλαμπρα σουπερνόβα, όπως το συγκεκριμένο, παρουσιάζουν αυξομειώσεις της λαμπρότητας που παρατείνονται για μήνες. Και όσο περνά ο καιρός, οι αυξομειώσεις αυτές γίνονται όλο και ταχύτερες.

Οι τελευταίες παρατηρήσεις δείχνουν να εξηγούν το φαινόμενο. Σύμφωνα με το σενάριο που περιγράφει η μελέτη, λίγο μετά την αρχική έκρηξη το βαρυτικό πεδίο του μάγναστρου τράβηξε πίσω ένα μέρος του υλικού που εκτινάχθηκε στο Διάστημα και το συγκέντρωσε σε έναν δίσκο γύρω του. Επειδή το σύννεφο υλικού ήταν πιθανότατα ασύμμετρο, ο δίσκος ήταν κι αυτός ασύμμετρος σε σχέση με τον άξονα περιστροφής του μάγναστρου (κεντρική εικόνα).

Τα μάγναστρα είναι άστρα νετρονίων με ισχυρό μαγνητικό πεδίο. Καλλιτεχνική απεικόνιση: ESO/L. Calçada

Η θεωρία της γενικής σχετικότητας προβλέπει ότι τα περιστρεφόμενα αντικείμενα μεγάλης μάζα, όπως τα μάγναστρα, παρασύρουν τον χωροχρόνο γύρω τους σε ένα φαινόμενο που ονομάζεται Λενς-Τίρινγκ (Lense-Thirring precession). To φαινόμενο αυτό θα ανάγκαζε τον δίσκο υλικού γύρω από το μάγναστρο να ταλαντώνεται σαν την κορυφή μιας σβούρας.

Και λόγω αυτής της ταλάντωσης, ο δίσκος περιοδικά θα μπλόκαρε ή θα ανακλούσε την ακτινοβολία του μάγναστρου, κάνοντάς το να φαίνεται ότι αναβοσβήνει σαν στροβοσκοπικό φως.

Ο ρυθμός επανάληψης αυτής της ταλάντωσης αυξάνεται όσο μειώνεται η διάμετρος του δίσκου, οπότε η ακτινοβολία αυξομειώνεται όλο και ταχύτερα καθώς το υλικό του δίσκου πέφτει προς το μάγναστρο και τον κάνει να συρρικνώνεται.

Και αυτό είναι που προκαλεί την επιτάχυνση των αυξομειώσεων της λαμπρότητας του σουπερνόβα.

Είναι δύσκολο να συλλάβει κανείς την ποσότητα ενέργειας που απελευθερώνει ένα υπέραμπρο σουπερνόβα.

Όπως είπε ο Φάρα, μια βόμβα υδρογόνου που εκρήγνυται ακριβώς μπροστά στα μάτια σου θα ήταν λιγότερο λαμπρή από ό,τι αν ο Ήλιος έσκαγε σε σουπερνόβα.

Ένα υπέρλαμπρο σουπερνόβα θα ήταν ακόμα λαμπρότερο κατά 10 έως 100 φορές, δεκάδες φορές πιο λαμπρό ακόμα και από ολόκληρο τον Γαλαξία μας.

Κεντρική εικόνα: καλλιτεχνική απεικόνιση μάγναστρου με ασύμμετρο δίσκο συσσώρευσης. Πηγή: Joseph Farah and Curtis McCully