Un sistem stelar rar prevestește un eveniment cosmic uriaș în așteptare

Pentru prima dată, astronomii au identificat cu certitudine un sistem binar care este destinat să se transforme într-o zi într-o kilonova – rezultatul exploziv al coliziunii unei stele neutronice.

Și, în mod ironic, ingredientul cheie pentru această eventuală soartă este o pereche de supernove eșuate. Se crede că acest fenomen este atât de rar, încât se estimează că există doar 10 astfel de sisteme binare în întreaga Cale Lactee. Un studiu mai atent al acestui sistem ar trebui să ajute oamenii de știință să înțeleagă cum evoluează aceste evenimente nebunești.

„De ceva timp, astronomii au speculat cu privire la condițiile exacte care ar putea duce în cele din urmă la o kilonova”, spune astronomul André-Nicolas Chené de la NOIRLab.

„Aceste noi rezultate demonstrează că, cel puțin în unele cazuri, două stele neutronice surori pot fuziona atunci când una dintre ele a fost creată fără o explozie clasică de supernovă.”

Coliziunile stelelor neutronice sunt rare, dar joacă un rol important în însămânțarea Universului cu elemente grele precum aurul, platina și uraniul. Aceste elemente nu pot fi create în interiorul nucleelor stelare. Energia necesară pentru nucleosinteza stelară a elementelor mai grele decât fierul este mai mare decât energia pe care această nucleosinteză o produce, ceea ce duce la un sfârșit dezastruos pentru stea.

În ce ar urma să se transforme sistemul binar?

În schimb, aceste elemente se formează în cadrul unor evenimente energetice, cum ar fi kilonovele: avem dovezi în acest sens de la GW170817, coliziunea istorică de stele neutronice observată de telescoapele din întreaga lume. Dar aceste evenimente sunt rare și, prin urmare, destul de misterioase. Am văzut doar câteva fuziuni de stele neutronice și nu am găsit niciodată până acum un sistem destinat să devină una dintre ele.

Intră în scenă un sistem binar numit CPD-29 2176, format dintr-o stea neutronică și un tip de stea albastră masivă numită stea Be, situat la aproximativ 11.400 de ani-lumină de Pământ. Stelele Be au caracteristici în lumina lor care indică prezența de material în jurul lor sub forma unui disc.

De asemenea, ele apar adesea în sisteme binare cu stele neutronice, emițând raze X atunci când steaua neutronică trece prin discul care înconjoară steaua Be.

Atunci când o străfulgerare cu raze X a fost observată din aceeași parte a cerului ca și steaua Be din CPD-29 2176, astronomii Noel Richardson și Clarissa Pavao de la Universitatea Aeronautică Embry-Riddle au privit mai atent, identificând în cele din urmă o porțiune de lumină care nu era emisă de steaua Be. Aceasta era steaua neutronică.

De asemenea, au reușit să calculeze orbita binarei. Și aici lucrurile au devenit interesante. Pentru că această orbită era neobișnuit de circulară, spre deosebire de orbitele eliptice observate de obicei la astfel de binare.

Kilonova, rezultatul exploziv al coliziunii unei stele neutronice

De obicei, atunci când o stea masivă se transformă în supernovă, își aruncă în aer materialul exterior într-o explozie spectaculoasă, în timp ce miezul rămas se prăbușește într-o stea neutronică – un obiect ultradens de până la aproximativ 2,4 ori mai mare decât masa Soarelui, împachetat într-o sferă cu un diametru de doar 20 de kilometri.

Într-o supernovă ultra-strălucitoare, nu rămâne suficient material exterior pentru a fi explodat în spațiu. În schimb, nucleul se prăbușește. Acesta pare să fi fost cazul lui CPD-29 2176.

Așadar, unde a dispărut tot acel material? Pe măsură ce steaua neutronică a ajuns la sfârșitul vieții sale, a devenit umflată, punându-și învelișul exterior la îndemâna gravitațională a stelei Be, care l-a sorbit imediat. În momentul în care steaua s-a prăbușit într-o stea neutronică, aceasta a fost complet golită, fiind lipsită de materialul care ar fi generat altfel focurile de artificii ale supernovei.

În cele din urmă, steaua Be își va încheia și ea viața ca stea neutronică, rezultând o stea neutronică binară pe orbita de dezintegrare care va produce într-o zi o coliziune cu o stea neutronică, cele două fuzionând pentru a produce fie o stea neutronică mai mare, fie o gaură neagră.

,,Actuala stea neutronică ar trebui să se formeze fără a-și ejecta companionul din sistem. O supernovă ultra-străpunsă este cea mai bună explicație pentru motivul pentru care aceste stele tovarășe se află pe o orbită atât de strânsă”, spune Richardson.

Steaua Be mai are un milion de ani înainte de transformarea inevitabilă

„Pentru a crea într-o zi o kilonova, cealaltă stea ar trebui să explodeze, de asemenea, ca o supernovă, astfel încât cele două stele neutronice să se ciocnească și să fuzioneze în cele din urmă.”

Acel moment este însă foarte departe. Steaua Be mai are încă cel puțin un milion de ani înainte de transformarea sa inevitabilă. Iar inspirația lentă până la eventuala fuziune ar putea dura alte milioane de ani. Dar, odată cu identificarea lui CPD-29 2176, astronomii au o nouă piesă din puzzle și una care ar putea ajuta la identificarea altor astfel de sisteme printre miliardele de stele din Calea Lactee, scrie ScienceAlert.

„Acest sistem dezvăluie faptul că unele stele neutronice se formează doar cu o mică lovitură de supernovă”, spune Richardson.

„Pe măsură ce înțelegem populația tot mai mare de sisteme precum CPD-29 2176, vom înțelege cât de calme pot fi unele morți stelare și dacă aceste stele pot muri fără supernove tradiționale.”

Cercetarea a fost publicată în revista Nature.

Vă recomandăm să mai citiți și:

O supernovă din spațiul îndepărtat dezvăluie originea elementelor din Univers

O monedă bizantină rară ar putea arăta o explozie de supernovă din 1054 e.n.

Cel mai nou supercomputer al Australiei a dezvăluit rămășițele uimitoare de la o supernovă

O rocă extraterestră, prima dovadă de pe Pământ a unei explozii de supernova de tip Ia