Supernova 2021yfj (reprezentare artist). Keck Observatory / Adam Makarenko
Astronomii au reușit să observe structura internă a unei stele aflate pe moarte, într-un tip rar de explozie cosmică numită „supernovă fără straturi” (eng. extremely stripped supernova).
Într-un articol publicat în revista Nature, Steve Schulze de la Northwestern University (SUA) și colegii săi descriu supernova 2021yfj și o cochilie groasă de gaz care o înconjoară.
Descoperirile lor susțin teoriile existente despre ce se întâmplă în interiorul stelelor masive la sfârșitul vieții lor și despre modul în care acestea au contribuit la formarea „cărămizilor” fundamentale ale universului pe care îl vedem astăzi.
Cum creează stelele elementele
Stelele sunt alimentate de fuziunea nucleară, un proces prin care atomii mai ușori sunt comprimați în atomi mai grei, eliberând energie.
Fuziunea are loc în etape de-a lungul vieții unei stele. Într-o serie de cicluri, mai întâi hidrogenul (cel mai ușor element) este transformat în heliu, urmat de formarea elementelor mai grele precum carbonul. Cele mai masive stele continuă până la neon, oxigen, siliciu și, în final, fier.
Fiecare ciclu de ardere este mai rapid decât cel anterior. Ciclul hidrogenului poate dura milioane de ani, în timp ce ciclul siliciului se încheie în câteva zile.
Pe măsură ce nucleul unei stele masive arde, gazul din jurul nucleului capătă o structură stratificată, unde fiecare strat succesiv păstrează compoziția chimică a ciclului de ardere corespunzător.
Între timp, steaua elimină gaz de la suprafață, care este aruncat în spațiu de vântul stelar. Fiecare ciclu de fuziune generează o cochilie expansivă de gaz cu un amestec diferit de elemente.
Colapsul nucleului
Ce se întâmplă cu o stea masivă atunci când nucleul său este plin de fier? Presiunea și temperatura uriașă vor face ca și fierul să fuzioneze, dar spre deosebire de elementele mai ușoare, acest proces absoarbe energie în loc să o elibereze.
Energia degajată prin fuziune este cea care susține steaua împotriva forței gravitației, așa că, odată ce fuziunea fierului începe, nucleul se prăbușește. În funcție de mărimea inițială, nucleul colapsat se va transforma într-o stea neutronică sau într-o gaură neagră.
Procesul de colapsare produce un „recul”, care trimite energie și materie în afară. Aceasta este ceea ce numim explozie de supernovă prin colapsarea nucleului.
Explozia luminează straturile de gaz eliminate anterior de stea, permițându-ne să le vedem compoziția. În toate supernovele observate până acum, aceste materiale erau fie stratul de hidrogen, fie cel de heliu, fie cel de carbon, produse în primele două cicluri de ardere nucleară.
Straturile interne (neon, oxigen și siliciu) se formează cu doar câteva sute de ani înainte ca steaua să explodeze, ceea ce înseamnă că nu au timp să fie expulzate la mare distanță.
O enigmă explozivă
Dar tocmai asta face ca noua supernovă SN2021yfj să fie atât de interesantă. Schulze și colegii săi au descoperit că materialul din jurul stelei provenea din stratul de siliciu, ultimul strat de deasupra nucleului de fier, format în doar câteva luni.
Vântul stelar trebuie să fi expulzat toate straturile până la cel de siliciu înainte să aibă loc explozia. Astronomii nu înțeleg cum ar fi putut un vânt stelar să fie suficient de puternic pentru asta.
Cel mai plauzibil scenariu este implicarea unei a doua stele. Dacă o altă stea orbita steaua care a explodat, gravitația acesteia ar fi putut extrage rapid stratul profund de siliciu.
Stelele care explodează au făcut universul să fie ceea ce este astăzi
Indiferent de explicație, această privire în interiorul stelei confirmă teoriile noastre despre ciclurile de fuziune nucleară din stelele masive.
De ce este important? Pentru că stelele sunt sursa tuturor elementelor.
Carbonul și azotul sunt produse în principal de stele cu masă mai mică, similare Soarelui nostru. Unele elemente grele, precum aurul, iau naștere în medii exotice, atunci când stelele neutronice se ciocnesc și fuzionează.
Însă oxigenul și alte elemente precum neonul, magneziul și sulful provin în special din supernovele prin colaps de nucleu.
Suntem ceea ce suntem datorită mecanismelor interne ale stelelor. Producerea constantă de elemente în stele face ca universul să se schimbe continuu. Stelele și planetele formate mai târziu sunt foarte diferite de cele apărute în timpurile de început.
Când universul era mai tânăr, avea mult mai puține elemente „interesante”. Totul funcționa oarecum diferit: stelele erau mai fierbinți și ardeau mai rapid, iar planetele se formau mai rar, altfel sau deloc.
Cât de des explodează supernovele și ce anume aruncă ele în spațiul interstelar este o întrebare esențială pentru a înțelege de ce universul – și lumea noastră – sunt așa cum sunt.
Traducere după Astronomers have glimpsed the core of a dying star de Orsola De Marco, profesor de astrofizică la Macquarie University.
