„Supernove supraponderale” înseamnă prăbușiri

Fiecare fulger spectaculos de o durată atât de scurtă aduce cu sine o eliberare extraordinară de energie care poate fi percepută în tot Universul. Au fost configurate mai multe modele pentru sursa din care să extragă acest lucru. Unul dintre cele mai promițătoare dintre acestea este modelul de tulpină de colaps dezvoltat în 1993 de Stan Woosley, astrofizician la Universitatea din California (Santa Cruz), care a fost studiat acum prin simulare pe computer de către cercetătorul și studentul Andrew MacFadyen.

În ultimii ani, a devenit din ce în ce mai evident că sursele de explozii de raze gamma sunt foarte departe de noi în spațiu și timp, la marginea Universului observabil. În februarie 1997, lungimile de undă optice și alte lungimi de undă care însoțesc o explozie de raze gamma (GRB 970228) au fost, de asemenea, interceptate pentru prima dată, de la care distanța sursă ar putea fi în cele din urmă estimată. S-a dezvăluit apoi că s-au eliberat cantități și mai terifiante de energie (10 54 erg): în câteva secunde, a fost sau ar fi de aproximativ o mie de ori mai mult decât întreaga viață estimată a Soarelui nostru de 10 miliarde de ani. Aceasta este o cantitate incasabilă, chiar dacă se presupune că erupția nu este distribuită sferic simetric, ci este concentrată, de exemplu, în grinzile înguste îndreptate spre noi către poli. O astfel de corecție a teoriei ar reduce energia eliberată la 1 la sută din estimarea anterioară, care este „doar” de zece ori mai mare decât poate produce Soarele de-a lungul vieții sale. În același timp, această orientare ar însemna că, în medie, am putea detecta doar fiecare sută de explozii de raze gamma, cele care doar ne vizează.

Cu toate acestea, acest rezultat a cernut complet modelele imaginabile. Pe lângă modelul tulpinii de colaps, această cantitate de energie poate fi eliberată din fuziunea altor două stele de neutroni, de la o stea de neutroni care cade într-o gaură neagră sau când găurile negre se ciocnesc. Cu toate acestea, potrivit lui Woosley, acestea sunt evenimente relativ rare pe de o parte și, de obicei, în afara galaxiilor, pe de altă parte, în timp ce majoritatea exploziilor de raze gamma identificate optic până acum pot fi atribuite unor galaxii foarte slabe, îndepărtate.

O tulpină prăbușită va proveni dintr-o stea cu o masă originală mai mare de 25 de mase solare. După procesarea alimentării cu hidrogen, trece prin cicluri de fuziune și mai scurte, la temperaturi din ce în ce mai mari, producând elemente din ce în ce mai grele. Ultimele produse sunt siliciu, nichel și fier. Cu toate acestea, în cazul fierului, fuziunea se oprește deoarece producerea de fuziune a elementelor mai grele ar fi deja un proces de digestie a energiei. După întreruperea secvenței de reacție, presiunea din centrul stelei scade și începe un colaps. Pentru stelele mai mici (10-25 de mase solare) aceasta este urmată de o explozie de supernovă, dar pentru mase mai mari, conform modelului lui Woosley, o gaură neagră se formează fie imediat, fie cu o oarecare întârziere.

„Inima” tulpinii colapsului, unde materialul stelei se învârte printr-un disc de acumulare (portocaliu) într-o gaură neagră de aproximativ trei mase solare. (Scara: în kilometri)

În cazul imediat, unda de șoc externă care „umflă” brusc supernele nu se formează, iar nucleul neutronilor este comprimat într-o gaură neagră. Este înconjurat de un disc de acumulare de nuclee atomice, din care materialul se învârte în gaură ca apa în canalul de scurgere al unei căzi. Gaura absoarbe astfel o zecime dintr-o masă solară pe secundă prin discul de acumulare.

Distribuția densității stelei este pe o scară mai mare, sub dimensiunile Pământului.

În cazul întârziat, deși începe unda de șoc spre exterior, cea mai mare parte a materialului său cade înapoi în mai puțin de 100 de secunde: se creează o gaură neagră masivă în coliziunea masivă și un flux de material începe spre exterior de-a lungul axei de rotație la o viteză de aproximativ o treime de lumină. Trage spre poli în conuri înguste, cu un unghi de deschidere de aproximativ 20 de grade, ca niște gheizeruri infernale, iar undele de șoc rezultate sfâșie restul stelei.
Woosley și colegii săi lucrează acum pentru a rafina modelul și pentru a pregăti alte simulări de supercomputer. După cum s-a spus, exploziile de raze gamma par a fi fosile similare în cosmologie cu dinozaurii în paleontologie. Funcționarea lor interioară, spre deosebire de ochii unui computer, cu greu poate fi dezvăluită.

Astronomia gamma în rețea.