Najpotężniejsze kosmiczne wybuchy mogły się... nigdy nie wydarzyć

Najnowsze badania brytyjskich naukowców rzucają nowe światło na jedne z najbardziej spektakularnych zjawisk we Wszechświecie. Przez lata uważano, że tzw. hipernowe, eksplozje gwiazd nawet dziesięciokrotnie potężniejsze od klasycznych supernowych, odpowiadają za powstanie niezwykłych gwiazd w tzw. halo naszej Galaktyki oraz w sąsiednich galaktykach karłowatych. Teraz jednak okazuje się, że dowody na istnienie tych ekstremalnych wybuchów... mogą być znacznie słabsze, niż sądzono. Wskazują na to wyniki dwóch badań, opublikowane w czasopiśmie "Monthly Notices of the Royal Astronomical Society".

Supernowa to eksplozja masywnej gwiazdy, która kończy swoje życie, wyczerpując paliwo do syntezy jądrowej /Shutterstock

Supernowa to eksplozja masywnej gwiazdy, która kończy swoje życie, wyczerpując paliwo do syntezy jądrowej. Gdy jądro gwiazdy zapada się pod własnym ciężarem, dochodzi do gwałtownego wyrzutu materii w przestrzeń kosmiczną. Hipernowa, według teorii, to jeszcze potężniejsza wersja tego zjawiska, wybuch gwiazdy o znacznie większej masie i prędkości wirowania, prowadzący do emisji energii nawet dziesięciokrotnie większej niż w przypadku typowej supernowej.

To właśnie hipernowe miały tłumaczyć istnienie gwiazd o nietypowych składach chemicznych, obserwowanych w zewnętrznych rejonach Drogi Mlecznej oraz w galaktykach satelitarnych. Przypuszczano, że tylko tak potężne eksplozje mogłyby rozsiać po kosmosie odpowiednie ilości ciężkich pierwiastków, z których później powstały owe osobliwe gwiazdy.

Zespół badaczy z Wielkiej Brytanii opracował zaawansowane modele matematyczne, które uwzględniają fakt, że materia wyrzucana podczas eksplozji supernowej nie rozchodzi się równomiernie. W rzeczywistości pierwiastki takie jak tlen czy siarka mogą być wyrzucane w różnych kierunkach, a nowopowstałe gwiazdy formują się z nieregularnej mieszanki tych składników.

Jeśli dziś obserwujemy supernową, widzimy, że jej materia nie rozprzestrzenia się równomiernie. Tlen może być wyrzucony w jedną stronę, siarka w inną. Nowe gwiazdy powstają z fragmentów tej eksplozji, a nie z jednorodnej mieszanki pierwiastków - wyjaśnia pierwszy autor jednej z tych prac, Anmol Aggarwal z Mullard Space Science Laboratory przy University College London. Dzięki uwzględnieniu tej asymetrii w modelach, naukowcy mogli dojść do wniosku, że nawet bardzo nietypowe gwiazdy mogły powstać z materii pochodzącej z klasycznych supernowych, bez konieczności odwoływania się do hipernowych.

Tuż przed tym, jak gwiazda wybuchnie jako supernowa, ma warstwy przypominające cebulę, z cięższymi pierwiastkami w centrum i lżejszymi dalej na zewnątrz. Nasz model analizuje, ile materiału z każdej warstwy lub z każdego regionu jest potrzebne, aby odtworzyć obserwowaną gwiazdę - dodaje drugi autor, dr Ralph Schoenrich, również pracujący w Mullard Space Science Laboratory na UCL.

W ramach obu badań przeanalizowano cztery gwiazdy, które wcześniej uznawano za "potomstwo" hipernowych. Trzy z nich, jak wykazały nowe modele, najprawdopodobniej powstały w wyniku eksplozji zwykłych supernowych. W drugim etapie pracy naukowcy skupili się na szczególnie interesującym czerwonym olbrzymie w halo Drogi Mlecznej, który wyróżnia się bardzo nietypowym składem chemicznym – zawiera m.in. duże ilości srebra i uranu, pierwiastków powstających w ekstremalnych warunkach.

Dotychczas sądzono, że tak ciężkie pierwiastki mogą powstać wyłącznie podczas zderzeń gwiazd neutronowych i w hipernowych. Jednak nowe analizy wykazały, że gwiazda ta mogła narodzić się w niewielkiej galaktyce karłowatej, gdzie procesy formowania gwiazd i ich eksplozji przebiegają wolniej niż w Drodze Mlecznej. Co więcej, jej obecność w naszej Galaktyce tłumaczy się przechwyceniem przez grawitację Drogi Mlecznej. Zastosowanie nowego modelu, uwzględniającego asymetryczne rozprzestrzenianie się materii, pozwoliło naukowcom stwierdzić, że nietypowy skład tej gwiazdy można wyjaśnić połączeniem zderzenia gwiazd neutronowych i zwykłej supernowej , bez potrzeby odwoływania się do hipernowej.

Wyniki badań mają istotne konsekwencje dla naszej wiedzy o ewolucji chemicznej galaktyk i procesach powstawania gwiazd. Wciąż nie wiemy, jak dokładnie miesza się materia po eksplozji supernowej, zanim utworzy nowe gwiazdy. Nasze badania sugerują, że pewne mieszanie się zachodzi, ale nie jest ono pełne - podkreślają naukowcy. To oznacza, że dotychczasowe modele ewolucji chemicznej galaktyk wymagają korekty, uwzględniającej bardziej złożone procesy rozprzestrzeniania się pierwiastków w przestrzeni międzygwiazdowej.

Choć hipernowe pozostają fascynującym elementem teorii astrofizycznych, najnowsze badania wskazują, że dowody na ich istnienie są znacznie mniej przekonujące, niż sądzono. Wszystko wskazuje na to, że nawet najbardziej niezwykłe gwiazdy w naszej Galaktyce i jej otoczeniu mogły powstać dzięki zwykłym supernowym, jeśli tylko uwzględnimy nieregularny sposób rozprzestrzeniania się materii podczas eksplozji.