Supernovele de instabilitate pereche: Fenomene cosmice atât de puternice încât nu lasă nimic în urmă

Descoperirile timpurii ale exoplanetelor au fost captivante, confirmând existența unor lumi noi și neobișnuite în Univers. Însă, în timp, interesul nostru s-a orientat spre analiza numerică a frecvenței obiectelor cosmice, cum ar fi super-Terrenele și mini-Neptunii, pentru a înțelege mai bine formarea planetelor. Acum, cu patru detectoare de unde gravitaționale care au acumulat ani de date, s-ar putea să asistăm la o schimbare similară în înțelegerea fuziunilor de găuri negre.

Miercuri, cercetătorii au prezentat o analiză care sugerează existența unui „gol de masă” în populația de găuri negre detectate până acum. Acest gol susține ipoteza că unele stele, de o masivitate excepțională, mor într-un fenomen numit supernova de instabilitate pereche, un eveniment atât de violent încât nu lasă decât resturi în urma sa.

Găurile negre rezultă din colapsul nucleului unei stele în timpul unei supernove. În timp ce straturile externe ale stelei sunt expulzate în exterior, straturile interioare se prăbușesc spre interior, canalizând o fracție din masa stelei către gaura neagră (sau stea neutron, dacă masa stelei este prea mică). Nu suntem siguri care este limita superioară a masei unei stele, așa că s-ar putea crede naiv că distribuția maselor găurilor negre scade treptat.

Totuși, modelele teoretice sugerează că există, de fapt, o ruptură bruscă. Depășind o anumită masă, densitatea fotonilor din nucleul stelei poate deveni atât de mare încât energia lor este convertită spontan în masă sub formă de perechi electron-pozitron. Formarea spontană de antimaterie pare a fi o problemă serioasă, dar aceasta nu este cea mai mare grijă a stelei. Fotonii sunt singurii care împiedică contractarea nucleului stelei. Reducerea numărului lor prin conversia în antimaterie slăbește această forță, provocând o compresie bruscă a stelei.

Dacă steaua este suficient de masivă, acest lucru poate declanșa instantaneu fuziunea oxigenului, eliberând o explozie masivă de energie. Se crede că această energie este suficientă pentru a distruge complet steaua fără a lăsa în urmă o gaură neagră. Alternativ, explozii mai mici de fuziune a oxigenului pot dispera straturile exterioare ale stelei, lăsând în urmă o stea mult mai mică care va crea, în cele din urmă, o gaură neagră mult mai puțin masivă.

Deși acest proces este bine stabilit prin modelare, este foarte dificil de confirmat. Au fost propuse numeroase exemple de potențiale evenimente de instabilitate pereche, dar nu avem o imagine clară a observațiilor care le-ar distinge de exploziile stelare mai obișnuite. Și deși am reușit să estimăm masa găurilor negre pe care le-am observat fuzionând, aceste date nu au fost atât de utile pe cât am fi dorit.

Problema este că mai multe dintre fuziunile observate implică găuri negre care par să fi fuzionat anterior. Astfel, sunt suficient de mari pentru a depăși pragul unde instabilitatea pereche ar fi trebuit să blocheze formarea unei

Sursa: Ars Technica

Știință&Tehnică

Revista “Ştiinţă şi Tehnică“, cea mai cunoscută şi longevivă publicaţie de popularizare a ştiintelor din România