Găurile negre lipsă indică mecanismul de explozie al supernovelor

Diferenţa de masă izbitoare dintre stelele neutronice şi găurile negre, observată pentru prima dată în anul 1998, ar putea fi explicată cu ajutorul unei noi tehnici de cercetare a stelelor, modelare stelară, tehnică ce aprofundează mecanismul din spatele exploziilor supernovelor.

Atunci când stele mor, distribuţia maselor rămase ar trebui să fie continuă, de la corpuri pitice albe prin stele neutronice la găuri negre, variind de la o fracţiune din masa soarelui nostru la aproape 100 de mase solare.

Cu toate acestea, cele mai grele stele neutronice reprezintă cel mult două mase solare, în timp ce cele mai uşoare găuri negre reprezintă cel puţin cinci mase solare. În acest interval nu s-a observat aproape nimic până acum.

Observaţiile recente asupra maselor a peste 20 de găuri negre susţin această inegalitate. Deşi această lipsă s-ar putea datora erorilor de observaţie care ar putea ascunde găuri negre cu masa mică, astrofizicianul polonez Krzystof Belczynski de la universitatea din Varşovia a testat, împreună cu colegii săi, o ipoteză conform căreia bifurcaţia se datorează mecanismului de explozie al supernovelor.

Supernovele sunt produse în timpul colapsului unei stele masive. Stelele sub 20 de mase solare produc explozii puternice şi stele neutronice cu masă mică, în timp ce acelea mai mari de 40 de mase solare nu explodează, ci formează direct o gaură neagră.

Se crede că stelele neutronice şi gările negre iau naştere prin implozia nucleului supernovelor, atunci când nucleul de fier al unei stele nu se mai poate susţine şi straturile exterioare încep să se prăbuşească pe nucleul dens. Acest lucru declanşează o undă de şoc spre exterior care se propagă prin starturile atrase de nucleu care până la urmă se opreşte.

Dar în cazul în care explozia are suficientă energie să continue după raza undei de şoc, supernova va avea succes, şi acesta este momentul în care echipa lui Kryzstof consideră că masa finală a obiectului este determinată.

Dacă explodează, o mare parte din masă va fi pierdută, formându-se o stea neutronică. Cu toate acestea, dacă nu poate să treacă de acest punct, obiectul va sfârşi formând o gaură neagră. Astronomii prevăd că acest moment decisiv ar putea dura de la 0,1 secunde până la 1 secundă.

Potrivit acestei teorii, cu cât această fază se produce mai repede, cu atât este mai mare bifurcaţia obiectelor rezultate. Prin urmare, diferenţa de masă observată sugerează că momentul acestei faze este factorul determinant.

Observarea acestei diferenţe de masă este astfel un indiciu critic în descoperirea acelui mecanism din spatele exploziilor supernova.

Pentru a potrivi acest decalaj, echipa a limitat timpul exploziei la 100-200 ms ceea ce exclude orice rămăşiţe în intervalul de masă solare 2-5. Această diferenţă este văzută în mod natural când instabilitatea Rayleigh-Taylor alimentează motorul exploziv datorită gravitaţiei care acţionează diferit la nivelul straturilor interioare şi exterioare.

„Diferenţa observată pune presiuni puternice pe dezvoltarea colapsului stelar, fiind preferat un model de explozie rapid,” precizează autorii în lucrarea lor.

„Acest model prezice două destine distincte pentru o stea masivă: fie o izbucnire violentă care produce majoritatea stelelor şi duce la formarea de stele neutronice, fie o supernovă eşuată în care întreaga stea sfârşeşte formând o gaură neagră.”

Totuşi, pentru alte scenarii de justificare a diferenţei, este nevoie de o extra sursă de energie pentru că o supernovă să continue, de exemplu o fază magnetară.

„Alternativ, dacă în viitor vor fi detectate rămăşiţe compacte în cadrul diferenţei de masă, acest lucru va indica faptul că instabilităţile amânate pot reînvia explozia supernovei,” au concluzionat cercetătorii.

„Observarea acestei diferenţe de masă este astfel un indiciu critic în descoperirea acelui mecanism din spatele exploziilor supernova.”