Eksplozja supernowych tworzy ciężkie pierwiastki, dużą liczbę gwiazd, planet i ostatecznie życie. Te brutalne eksplozje są podstawą wszystkiego, co widzimy we Wszechświecie, ale dla tak fundamentalnego zjawiska wiemy bardzo niewiele o tym, jak i dlaczego wybuchają.
W nowym badaniu przeprowadzonym przez międzynarodowy zespół astrofizyków przeprowadzono kompleksowe modelowanie komputerowe mające na celu odtworzenie procesów zachodzących w supernowej. Zgodnie z oczekiwaniami dynamika wewnątrz zapadającej się gwiazdy jest bardzo złożona, ale model ten sprawia, że naukowcy rozumieją, co dzieje się z supernową podczas eksplozji.
W 1987 r. Supernowa (1987A) eksplodowała w Wielkim Obłoku Magellana, pobliskiej galaktyce karłowatej 168 000 lat świetlnych od nas. To wydarzenie wywołało zamieszanie w społeczności astronomicznej. Podobnie jak wiele zjawisk kosmicznych, to, co zobaczył, nie odpowiadało dokładnie oczekiwaniom teoretycznym. Badając rozszerzającą się chmurę śmieci supernowych, astronomowie zauważyli, że materiał, który został niedawno wyrzucony przez eksplozję, zaczął mieszać się z materiałem, z którego powstała gwiazda, który został wyrzucony jakiś czas wcześniej. To zamieszanie było nieoczekiwane, więc model teoretyczny musiał zostać zmieniony. Istniejący model zakłada koncentryczną, w postaci skorupy, strukturę zróżnicowanych elementów wewnątrz gwiazdy, która wkrótce stanie się supernową. Gdy masywna gwiazda zapada się pod wpływem grawitacyjnego skurczu (po wyczerpaniu paliwa termojądrowego w rdzeniu), powstaje ogromna ilość neutrin, które szybko pobierają energię z wnętrza gwiazdy. Ten efekt szybkiej kompresji przyspiesza ogrzewanie.
„Dzięki temu nagrzewa się szybciej i pali paliwo, co z kolei prowadzi do powstawania jeszcze większej liczby neutrin, a proces wymyka się spod kontroli” - mówi astrofizyk W. David Arnett z University of Arizona.
Próbując zrozumieć ten proces, astrofizycy zwrócili się o pomoc do superkomputerów. Często, ze względu na ograniczenia techniczne, naukowcy tworzą model jednowymiarowy lub dwuwymiarowy i mogą jedynie przyjmować założenia dotyczące tego, co stanie się w modelu trójwymiarowym. Rzeczywisty proces odbywa się wewnątrz warstw supernowych.
Arnett, współpracując z Caseyem Mikinem i Nathanem Smithem z Arizona State University, a także Maximem Wialletem z Instytutu Astrofizyki Maxa-Plancka w Niemczech, opracowali kompletny trójwymiarowy model supernowej. „Nadal mamy koncentryczne kręgi, z najcięższymi elementami w środku i najlżejszymi elementami na górze. Ale dzieje się tak, dopóki ktoś nie wymiesza wszystkiego wokół” - powiedział Arnett. „Gdy zbliżamy się do wybuchu, otrzymujemy strumienie, które mieszają materiał, powodując, że gwiazda wypluwa materiał, aż do wybuchu”.
Modelowe fotografie ilustrujące spalanie tlenu w warstwowej powłoce supernowej
„To, co widzimy w pozostałościach supernowych, to wyrzucenie materiału gwiezdnego przed wybuchem, zmieszane z materiałem wyrzuconym bezpośrednio podczas eksplozji. Inne modele nie mogą tego wyjaśnić” - powiedział.
Z pomocą teleskopów, takich jak Katzman Automatic Imaging Telescope (KAIT) i Palomar Supernova Factory, obserwujących gwiazdy, które stają się niestabilne, dostępnych jest więcej faktów na temat śmierci gwiazdy.
