Γράφει η δρ. Αθηνά Μελή
Ένα αστέρι λάμπει ξαφνικά σε μια γωνιά του νυχτερινού ουρανού ...δεν ήταν εκεί πριν από λίγες ώρες, αλλά τώρα λάμπει με ένα εκτυφλωτικό φώς..... Αυτή η λάμψη στο ουράνιο στερέωμα είναι ο φωτεινός ...θάνατος ενός άστρου που εξερράγη, καθώς έφτασε στο τέλος της ζωής του (μετά από περίπου 10 με 20 εκατομμύρια έτη).
Η έκρηξη ενός αστέρα ονομάζεται σουπερνόβα (ελληνικά: υπερκαινοφανής αστέρας). Τα σουπερνόβα μπορούν να φωτίσουν στιγμιαία ολόκληρο γαλαξία και εκπέμπουν περισσότερη ενέργεια από ότι ο ’Ηλιος μας, σε όλη τη διάρκεια της ζωής του! Ένα σουπερνόβα παρόλο που είναι ένα άστρο που “πεθαίνει” με μια έκρηξη .... παράλληλα “γεννά”, γιατί ο θάνατος του γίνεται την ίδια στιγμή και η κύρια πηγή των βαρέων στοιχείων που παρατηρούμε στο Σύμπαν και που τροφοδοτούν την δημιουργία νέων αστρικών συστημάτων!
Ιστορία των παρατηρήσεων των σουπερνόβα
Διάφοροι πολιτισμοί κατέγραψαν σουπερνόβα πολύ πριν εφευρεθεί το τηλεσκόπιο. Το παλαιότερο καταγεγραμμένο σουπερνόβα είναι το RCW 86, το οποίο οι Κινέζοι αστρονόμοι παρατήρησαν το 185 μ.Χ. Τα αρχεία τους δείχνουν ότι αυτός ο αστέρας έλαμπε στον ουρανό για οκτώ συνεχόμενους μήνες!
Πριν από τις αρχές του 17ου αιώνα (όταν άρχισε και η χρήση των πρώτων τηλεσκοπίων), υπήρξαν μόνο επτά καταγεγραμμένα σουπερνόβα, σύμφωνα με την Encyclopedia Britannica.
Αυτό που γνωρίζουμε σήμερα ως Crab Nebula (Νεφέλωμα του Καρκίνου) είναι το πιο διάσημο από όλα τα καταγεγραμμένα σουπερνόβα. Κινέζοι και Κορεάτες αστρονόμοι κατέγραψαν στα αρχεία τους το 1054, την έκρηξη αυτού του αστέρα που έπειτα πήρε το όνομα Crab Nebula, ενώ ιθαγενείς Αμερικανοί ίσως το είδαν επίσης (σύμφωνα με αρχαία σχέδια που βρέθηκαν σε βράχους στην Αριζόνα και το Νέο Μεξικό).
To σουπερνόβα που σχημάτισε το Νεφέλωμα του Καρκίνου ήταν τόσο φωτεινό που μπορούσε να το διακρίνει κανείς και κατά τη διάρκεια της ημέρας!
Άλλα σουπερνόβα (υπερκαινοφανείς αστέρες) που παρατηρήθηκαν πριν από την εφεύρεση του τηλεσκόπιου ήταν το 393 το 1006, 1181 και το 1572 (όπου και τα μελέτησε ο φημισμένος τότε αστρονόμος Tycho Brahe). Το 1604 Ο Brahe έγραψε τις παρατηρήσεις του για το «Nέο Άστρο» το «De Nova Stella» (nova [προφ. νόβα], δηλαδή, νέο).
Ωστόσο, ένα αστέρι νόβα διαφέρει από ένα σουπερ-νόβα. Και στις δύο περιπτώσεις έχουμε ξαφνικές εκρήξεις φωτεινότητας καθώς καυτό ιονισμένο υλικό (πλάσμα) εκτοξεύεται προς τα έξω με τεράστιες ταχύτητες. Στην περίπτωση του σουπερνόβα όμως, η έκρηξη είναι τόσο μεγάλη και κατακλυσμιαία που σηματοδοτεί και το τέλος της ζωής του αστέρα.
Ο όρος σουπερνόβα δεν χρησιμοποιήθηκε παρά μόνο μέχρι τη δεκαετία του 1930. Η πρώτη χρήση του ονόματος έγινε από τους αστρονόμους Walter Baade και Fritz Zwicky από το παρατηρητήριο του Mount Wilson, οι οποίοι το χρησιμοποίησαν σε σχέση με ένα “εκρηκτικό” αστρικό γεγονός που παρατήρησαν, με την ονομασία S Andromedae (επίσης γνωστό ως SN 1885A), στο γαλαξία της Ανδρομέδας. Συγκεκριμένα πρότειναν τότε ότι αυτά τα εκρηκτικά αστρικά γεγονότα, τα σουπερνόβα, συμβαίνουν όταν συνηθισμένα αστέρια καταρρέουν δηλ. εκρήγνηνται και ότι απομένει πίσω μετά την γιγαντιαία έκρηξη γίνεται αστέρας νετρονίων (δείτε εδώ σχετικό άρθρο για τους αστέρες νετρονίων).
Στη σύγχρονη εποχή μας, ένα από τα πιο γνωστά σουπερνόβα είναι το SN 1987A που παρατηρήθηκε το 1987 και το οποίο εξακολουθεί να μελετάται από τους αστρονόμους που παρατηρούν πως εξελίσσεται μέσα στις δεκαετίες, παρέχοντας πολύ σημαντικές πληροφορίες για τον θάνατο των αστέρων και την μετέπειτα πορεία των υπολειμάτων που αφήνουν πίσω τους, μετά την τεράστια έκρηξη τους.
Πώς πεθαίνει ένας αστέρας;
Κατά μέσο όρο, ένα σουπερνόβα συμβαίνει σε ένα γαλαξία περίπου μια φορά κάθε 50 χρόνια. Να το πω διαφορετικά. Ένα αστέρι εκρήγνυται κάθε δευτερόλεπτο κάπου στο σύμπαν. Είναι αξιοσημείωτο το γεγονός ό,τι πριν από περίπου 10 εκατομμύρια χρόνια, ένα σύμπλεγμα από σουπερνόβα δημιούργησε την “τοπική φούσκα” (αγγλικά: Local Bubble) που περιβάλει το Ηλιακό μας σύστημα (δείτε άρθρο εδώ), που είναι μια σφαίρα από ιονισμένο αέριο (δηλαδή πλάσμα) σε σχήμα φυστικιού, και η οποία έχει διάμετρο περίπου 300 έτη φωτός!
Να θυμάστε, ό,τι ο ακριβής τρόπος με τον οποίο ένα αστέρι πεθαίνει εξαρτάται εν μέρει από τη μάζα του. Ο ήλιος μας (δείτε σχετικό άρθρο εδώ) για παράδειγμα, δεν έχει αρκετή μάζα για να εκραγεί ως σουπερνόβα διότι μόλις εξαντλήσει τα πυρηνικά καύσιμα στον πυρήνα του, σε μερικά δισεκατομμύρια χρόνια από τώρα, θα μετατραπεί σε έναν ερυθρό γίγαντα πριν τη σταδιακή ψύξη του σε λευκό νάνο. Από την άλλη πλευρά με τη ...σωστή ποσότητα μάζας, ένα αστέρι μπορεί να εκραγεί σε σουπερνόβα, και αυτό με δύο τρόπους:
- Στον τύπο σουπερνόβα Ι (και υποκλάσεις του): όπου το αστέρι συσσωρεύει ύλη από έναν κοντινό γείτονα μέχρις ότου μια ανάφλεξη πυρηνικής αντίδρασης ξεκινήσει. Είναι σαν μία τεράστ, μια θερμοπυρηνική βόμβα της φύσης, και
- και στον τύπο σουπερνόβα Ι: όπου το αστέρι ξεμένει από πυρηνικά καύσιμα και καταρρέει (προς τα μέσα δηλαδή) από την ίδια του τη βαρύτητα.
Σουπερνόβα τύπου II
Ας δούμε πρώτα τον πιο συναρπαστικό, Τύπο ΙΙ. Για να εκραγεί ένα αστέρι ως σουπερνόβα τύπου ΙΙ πρέπει να είναι αρκετές φορές πιο μεγάλο από την μάζα του ήλιου (οι εκτιμήσεις των αστρονόμων κυμαίνονται από 8 έως 15 ηλιακές μάζες). Όπως ο ήλιος μας, έτσι και ένα τέτοιο μεγάλο άστρο θα εξαντλήσει το υδρογόνο του και στη συνέχεια το στοιχείο ήλιο στον πυρήνα του. Ωστόσο, θα έχει αρκετή μάζα και πίεση για συμβεί τήξη και να δημιουργηθεί άνθρακας. Στη συνέχεια συμβαίνουν τα εξής:
- Σταδιακά βαρύτερα στοιχεία συσσωρεύονται στο κέντρο και έτσι διαμορφώνονται στρώματα (φανταστείτε τα στρώματα του κρεμμυδιού) με στοιχεία που γίνονται ελαφρύτερα προς το εξωτερικό του αστέρα.
- Μόλις ο πυρήνας του αστέρα ξεπεράσει μια ορισμένη μάζα (θεωρητικά το λεγόμενο όριο Σαντρασέκχαρ, αγγλικά Chandrasekhar) το αστέρι αρχίζει να υποχωρεί, δηλαδή να καταρρέει.
- Ο πυρήνας θερμαίνεται και γίνεται όλο και πιο πυκνός.
- Τελικά γίνεται έκρηξη εκδιώχνοντας τα εξωτερικά στρώματα υλικού (του αστρικού αυτού ...“κρεμμυδιού”), σχηματίζοντας ένα σουπερνόβα. Αυτό θα απομείνει θα είναι ένα υπερβολικά πυκνό αστρικό σώμα που ονομάζεται αστέρας νετρονίων (δείτε άρθρο εδώ).
Τέλος, αστέρες με πολύ πιο μεγάλη μάζα από τον ήλιο (δηλαδή, 20 έως 30 ηλιακές μάζες), ενδέχεται να μην εκραγούν ως σουπερνόβα, και αντί αυτού να καταρρεύσουν σε μαύρες τρύπες (δείτε σχετικό άρθρο εδώ).
Σουπερνόβα τύπου Ι
Οι σουπερνόβα τύπου Ι, στερούνται υδρογόνου. Τα σουπερνόβα τύπου I θεωρούνται γενικά ότι προέρχονται από αστρικά δυαδικά συστήματα. Καθώς το αέριο του συντρόφου αστεριού συσσωρεύεται στον άλλο αστέρα, αυτός συμπιέζεται σταδιακά και τελικά μέσω πυρηνικών αντιδράσεων στον πυρήνα του, οδηγείται σε μια κατακλυσμική έκρηξη.
Τι συμβαίνει τη στιγμή της αστρικής έκρηξης;
Πρόσφατες μελέτες προσομοιώσεων (από τον αστροφυσικό Burrows και την ομάδα του από το πανεπιστήμιο της Αριζόνα) έχουν δείξει ότι οι πυρήνες των σουπερνόβα δονούνται σαν γιγαντιαία ηχεία και εκπέμπουν προς τα έξω ακουστικά κύματα στα 200 με 400 hz πριν εκραγούν. Ουσιαστικά λένε ό,τι αυτή η δόνηση είναι που προκαλεί και την ίδια την έκρηξη και όχι ―όπως διαφορετικά πιστευόταν, μέσω δηλαδή της έξτρα ισχύος από νετρίνα διαφυγής που εκπέμπει ο πυρήνας του άστρου, θερμαίνοντας το, οδηγώντας το σε έκρηξη.
Και οι δύο αυτές θεωρίες είναι συναρπαστικές αν και έχουν συν και κατά γιατί δεν μπορεί καμμία από τις δυο να εξηγήσει πλήρως το μοντέλο της αστρικής έκρηξης.
Κάτι άλλο ενδιαφέρον. Το 2008 ήταν ένα έτος ορόσημο, όταν αστρονόμοι παρατήρησαν ένα σουπερνόβα ακριβώς στην στιγμή της έκρηξής του για πρώτη φορά! Ενώ ανέμεναν να κάνουν μετρήσεις κυρίως στο οπτικό φάσμα, παρατήρησαν κάτι διαφορετικό και παράξενο... Μια επιπλέον εξαιρετικά φωτεινή πεντάλεπτη έκρηξη ακτίνων Χ! Με αυτή την παρατήρηση το 2008 έγιναν οι πρώτοι μάρτυρες ενός “διαφορετικού” σουπερνόβα ακριβώς τη στιγμή της έκρηξης του. Το ονόμασαν SN 2008D. Περαιτέρω μελέτες (δείτε την πρωτότυπη εργασία παρακάτω στις Πηγές), έδειξαν ότι το σουπερνόβα αυτό είχε πολύ ασυνήθιστες ιδιότητες, κατατάσσοντας το στα όρια μεταξύ της κλάσης των “φυσιολογικών” σουπερνόβα (Ι, ΙΙ) και μιας άλλης κατηγρορίας των λεγόμενων πηγών ακτίνων-γάμμα (ή αλλιώς εκλάμψεων ακτίνων-γ, αγγλικά: Gamma-ray bursts) που είναι αστρικές πηγές όπου κατέχουν τελείως διαφορετικές ιδιότητες και οι οποίες εκλύουν την μεγαλύτερη ενέργεια που έχουμε παρατηρήσει μέχρι σήμερα σε ακτίνες γάμμα. Στο επόμενο άρθρο μου θα μιλήσουμε και για αυτές.
Οι μελέτες και οι παρατηρήσεις συνεχίζονται και όλο και περισσότερο ο θαυμαστός κόσμος των αστέρων και του σύμπαντος ξεδιπλώνεται μπροστά μας.
Πηγές