Ένας νέος μηχανισμός δημιουργίας υπερκαινοφανών αστέρων τύπου Ia

Είναι γνωστό ότι οι αστέρες χαμηλής μάζας ολοκληρώνουν τη ζωή τους δημιουργώντας αστρικά κατάλοιπα γνωστά ως λευκοί νάνοι, ενώ οι αστέρες μεγάλης μάζας δημιουργούν αστέρες νετρονίων ή μελανές οπές. Τι γεφυρώνει όμως αυτό το χάσμα;

Καλλιτεχνική αναπαράσταση ενός δυαδικού συστήματος αστέρων που δημιούργησε την υπερκαινοφανή έκρηξη iPTF13bvn. Ο μεγαλύτερου διαμέτρου αλλά μικρότερης μάζας (4 φορές τη μάζα του Ήλιου) αστέρας ηλίου που φαίνεται στα αριστερά πρόκειται να εκραγεί. Ο συνοδός αστέρας στα δεξιά είναι πλούσιος σε υδρογόνο και 30 φορές πιο μαζικός από τον Ήλιο. Πηγή: Kavli Foundation

Η εξέλιξη των λεγόμενων αστέρων «ενδιάμεσης μάζας» – με μάζες μεταξύ 8 και 12 ηλιακών μαζών – είναι εξαιρετικά πολύπλοκη και αινιγματική. Καθώς πλησιάζουν τα τελικά στάδια στην εξέλιξή τους, τέτοιοι αστέρες αναπτύσσουν πυκνούς πυρήνες που αποτελούνται κυρίως από ένα μίγμα νέον και οξυγόνου (ONe), ενώ ταυτόχρονα εκπέμπουν το μεγαλύτερο μέρος της ακτινοβολίας τους υπό μορφή νετρίνων. Επίσης, τα εξωτερικά τους στρώματα διαστέλλονται και διαφεύγουν στον διαστημικό χώρο, μέσω ισχυρών αστρικών ανέμων, λόγω της ασθενούς επιφανειακής βαρύτητας.

Τελική κατάληξη αστέρων ως συνάρτηση της αρχικής μάζας και μεταλλικότητας.

Μόλις οι εκφυλισμένοι πυρήνες αυτών των άστρων φτάσουν σε μια κρίσιμη πυκνότητα, οι ατομικοί πυρήνες αρχίζουν να απορροφούν τα διαθέσιμα ελεύθερα ηλεκτρόνια μειώνοντας, έτσι, την πίεση που σταθεροποιεί τον αστέρα ενάντια στην βαρύτητα. Ταυτόχρονα, αυτή η εξώθερμη διαδικασία απελευθερώνει πυρηνική ενέργεια που μπορεί να προκαλέσει μια λεγόμενη «θερμοπυρηνική» έκρηξη.

Ο ανταγωνισμός μεταξύ της απώλειας πίεσης λόγω της σύλληψης ηλεκτρονίων και της απελευθέρωσης θερμοπυρηνικής ενέργειας, είναι αυτός που καθορίζει το τελικό αποτέλεσμα: εάν τα ηλεκτρόνια απορροφούνται με αρκετά γρήγορο ρυθμό από τους ατομικούς πυρήνες, τότε ο πυρήνας του άστρου καταρρέει μέσω της επονομαζόμενης «υπερκαινοφανούς έκρηξης μέσω αρπαγής ηλεκτρονίων» και σχηματίζεται ένας αστέρας νετρονίων χαμηλής μάζας. Εάν, αντίθετα, επικρατήσει η απελευθέρωση ενέργειας, τότε ο αστέρας μπορεί να καταστραφεί εν μέρει, ή ακόμα και πλήρως, σε μια θερμοπυρηνική έκρηξη.

Σε μια πρόσφατη μελέτη, ο Σάββας Χανλαρίδης, υποψήφιος διδάκτωρ στο Τμήμα Φυσικής και στο Ινστιτούτο Αστροφυσικής του ITE, και ο επιβλέπων του Δρ. Ιωάννης Αντωνιάδης πρότειναν έναν νέο μηχανισμό για τις θερμοπυρηνικές εκρήξεις σουπερνόβα τύπου Ia (SNe-Ia). Ανακάλυψαν ότι όταν οι αστέρες ενδιάμεσης μάζας χάνουν τον πλούσιο σε υδρογόνο μανδύα τους, για παράδειγμα λόγω αλληλεπίδρασης με κάποιον συνοδό αστέρα, η εξέλιξή τους επιταχύνεται σημαντικά. Ως αποτέλεσμα, πυροδοτείται μια θερμοπυρηνική έκρηξη όταν ο αστρικός πυρήνας δεν είναι ακόμα αρκετά πυκνός ώστε να είναι δυνατή η σύλληψη ηλεκτρονίων.

TΤο αποτέλεσμα είναι μια θερμοπυρηνική έκρηξη που δεν περιέχει καθόλου υδρογόνο και ήλιο ενώ ταυτόχρονα καταστρέφει ολόκληρο τον αστέρα καθιστώντας αυτά τα συστήματα μη-τυπικούς υποψήφιους για τη δημιουργία SNe-Ia. Αυτή τη νέα μέθοδο δημιουργίας υπερκαινοφανών εκρήξεων τύπου Ia, την οποία τα μέλη της ερευνητικής ομάδας ονομάζουν (C)ONE SNe-Ia, αποτελεί ένα σημείο αναφοράς που μπορεί να βοηθήσει στην εξήγηση ορισμένων, παρατηρησιακά ιδιαίτερων, σουπερνόβα τύπου Ia που ανακαλύφθηκαν σε πολυάριθμες πρόσφατες φωτομετρικές έρευνες. Επιπλέον, αυτά τα αποτελέσματα έχουν ευρύτερες συνέπειες για το σχηματισμό αστέρων νετρονίων σε δυαδικά συστήματα που επηρεάζουν τους παρατηρούμενους πληθυσμούς πάλσαρ.

Άρθρα:

  • “Type Ia supernovae from non-accreting progenitors”, J. Antoniadis, S. Chanlaridis, G. Gräfener, and N. Langer, 2020, A&A, 635, 72A
  • “Thermonuclear and electron-capture supernovae from stripped-envelope stars”, S. Chanlaridis, J. Antoniadis et al., 2022, A&A, 668, 106C