Przejdź do treści

Tchnienia umierającej masywnej gwiazdy

img

Fizycy tworzą modele supernowych powstających z pulsujących superolbrzymów, takich jak Betelgeza. Pulsacja tej znanej gwiazdy sprawia, że przewidzenie, jak wybuchnie, jest trudne.

Betelgeza jest ostatnio w centrum uwagi mediów. Czerwony nadolbrzym zbliża się do końca swojego życia, a gdy gwiazda ponad dziesięciokrotnie masywniejsza od Słońca umiera, gaśnie w spektakularny sposób.

Naukowcy twierdzą, że podczas gdy słynna gwiazda z ramienia Oriona najprawdopodobniej umrze w ciągu najbliższego miliona lat – w kosmicznej skali to jak kilka dni – jej pociemnianie jest spowodowane pulsowaniem gwiazdy. Zjawisko to jest stosunkowo powszechne wśród czerwonych nadolbrzymów, a Betelgeza od dziesięcioleci jest znana w tej grupie.

Jared Goldberg, fizyk z National Science Foundation, opublikował badanie szczegółowo opisujące, jak pulsacja gwiazdy wpływa na następującą później eksplozję.

Chcieliśmy wiedzieć, jak to wygląda, gdy pulsująca gwiazda eksploduje w różnych fazach pulsacji. Wcześniejsze modele były prostsze, ponieważ nie uwzględniały zależnych od czasu efektów pulsacji – powiedział Goldberg.

Kiedy gwiazda wielkości Betelgezy w końcu wyczerpie materię w swoim centrum, straci zewnętrzne ciśnienie, które uniemożliwiało jej zapadnięcie się pod własnym ciężarem. Wynikowe zapadanie się jądra nastąpi w ciągu pół sekundy.

Gdy żelazne jądro się zapada, atomy rozpadają się na protony i elektrony. Łączą się one, tworząc neutrony i uwalniając w ten sposób cząsteczki wysokoenergetyczne, zwane neutrinami. Normalnie neutrina prawie nie wchodzą w interakcje z inną materią. Supernowe są jednymi z najpotężniejszych zjawisk we Wszechświecie. Liczebność i energia neutrin wytwarzanych podczas zapadania się jądra są tak ogromne, że chociaż tylko niewielka część zderza się z materią gwiezdną, wystarcza to do uruchomienia fali uderzeniowej zdolnej do spowodowania eksplozji gwiazdy.

Eksplozja ta uderza w zewnętrzne warstwy gwiazdy z oszałamiającą energią, powodując wybuch, który może na chwilę przyćmić blaskiem całą galaktykę. Eksplozja pozostaje jasna przez około 100 dni, ponieważ promieniowanie może uciec tylko wtedy, gdy zjonizowany wodór połączy się z utraconymi elektronami, aby ponownie stać się neutralnym. Odbywa się to z zewnątrz, co oznacza, że astronomowie w miarę upływu czasu widzą supernową coraz głębiej, aż w końcu światło z centrum może uciec. W tym momencie pozostaje już tylko słabe promieniowanie opadu radioaktywnego, który może świecić przez lata.

Właściwości supernowej różnią się w zależności od masy gwiazdy, całkowitej energii wybuchu i, co ważne, emitowanego przez gwiazdę promienia. Pulsacja Betelgezy sprawia, że przewidzenie, jak wybuchnie, jest bardziej skomplikowane.

Naukowcy odkryli, że jeżeli cała gwiazda pulsuje zgodnie, supernowa zachowa się tak, jakby Betelgeza była gwiazdą statyczną o danym promieniu. Jednak różne warstwy gwiazdy mogą oscylować naprzeciw siebie: zewnętrzne warstwy rozszerzają się, podczas gdy wewnętrzne kurczą, i odwrotnie.

Światło ze ściśniętej gwiazdy jest słabsze, tak jak można by oczekiwać od bardziej zwartej, niepulsującej gwiazdy. Tymczasem światło z części gwiazdy, która w tym czasie się rozszerzała, wydaje się jaśniejsze, jakby pochodziło z większej, niepulsującej gwiazdy.

Więcej:
A Massive Star’s Dying Breaths

A Massive Star's Dying Breaths: Pulsating Red Supergiants and Their Resulting Type IIP Supernovae

Źródło: UCSB