Masywne gwiazdy potrafią oszukać przeznaczenie. Nie zawsze eksplodują w formie supernowych

Eksplozje supernowych to jedne z najbardziej efektownych wydarzeń we wszechświecie. I choć sądzono, że taki właśnie los czeka wszystkie gwiazdy o masie co najmniej 10-krotnie większej od Słońca, to nowe badania w tej sprawie sugerują coś innego.

Zostały one opublikowane na łamach arXiv i pozwalają sądzić, iż masywne gwiazdy mogą skończyć jako czarne dziury, a nie supernowe. Te, z typem II na czele, wydawały się najbardziej powszechne w odniesieniu do gwiazd, których masa wynosi od 10 do nawet 50 mas Słońca. Przy wyższych wartościach gwiazdy są tak masywne, że prawdopodobnie zapadają się bezpośrednio w czarne dziury. Z kolei jeszcze masywniejsze obiekty, mające 150-krotność masy naszej gwiazdy, mogą eksplodować jako hipernowe.

Czytaj też: Supermasywne czarne dziury w oku soczewki grawitacyjnej. Zaobserwowany układ pochodzi z początków wszechświata

Supernowe typu Ia są najprawdopodobniej wywoływane fuzją dwóch gwiazd, np. białych karłów czy białego karła i czerwonego olbrzyma. Z kolei duże, masywniejsze gwiazdy, miałyby ulegać zapadaniu się jąder i również eksplodować jako supernowe. Gwiazdy funkcjonują bowiem w oparciu o równowagę między ciepłem i ciśnieniem w stosunku do grawitacji. Kiedy lżejsze pierwiastki ulegną fuzji, taka gwiazda musi wykorzystywać coraz cięższe pierwiastki do wytwarzania ciepła.

Wygląda na to, że gwiazdy o masach przekraczających 27 mas Słońca zapadają się bezpośrednio w czarne dziury

W pewnym momencie spalanie cięższych pierwiastków zużywa więcej energii aniżeli emituje, dlatego jądro zapada się i tworzy falę uderzeniową. Ta rozrywa gwiazdę na kawałki, tworząc kosmiczny spektakl. I choć ten typ supernowej (II) – jak wynika z modeli – powinien dotyczyć gwiazd o masach wynoszących od 10 do 50 mas Słońca, to nowe badania sugerują coś odmiennego.

Astronomowie twierdzą bowiem, że supernowe typu II „ustępują miejsca” bezpośredniemu zapadaniu się gwiazd w czarne dziury. O ile wcześniej tego typu granica miała występować przy około 50 masach Słońca, tak obecnie wydaje się, że jest ona niższa i wynosi około 27 mas. Innymi słowy, gwiazdy o masach przekraczających 27 mas Słońca najprawdopodobniej nie eksplodują w formie supernowych, lecz bezpośrednio przekształcą się w czarne dziury.

Czytaj też: Zaobserwowano nowy rodzaj supernowej. Powstała za sprawą fuzji dwóch obiektów

Aby dojść do takich wniosków, zespół badawczy przyjrzał się pierwiastkom w parze zderzających się galaktyk znanych jako Arp 299. W teorii zawartość pierwiastków w tym obszarze powinna w dużej mierze zależeć od tego, co jest wyrzucane w eksplozjach supernowych. Naukowcy postanowili zmierzyć stosunek żelaza do tlenu oraz stosunek neonu i magnezu do tlenu. W ten sposób stwierdzili, że w pierwszym przypadku stosunek był niższy niż w przypadku Słońca, podczas gdy w dwóch pozostałych – wyższy. Jest to ważne, jeśli weźmiemy pod uwagę fakt, że żelazo jest emitowane w największych ilościach właśnie za sprawą supernowych typu II.