Niektóre gwiazdy eksplodują z powodów, które ledwo rozumiemy.
Nowe badania sugerują, że wyzwalaczem jest niewidzialny intruz.
Międzynarodowy zespół naukowców odkrył, że pierwotne czarne dziury (PBH) mogą zapalać białe karły. Mechanizm ten zmienia standardowe supernowe typu Ia w coś zupełnie innego. A może coś znajomego, ale z nieoczekiwanym powodem uruchomienia.
Wyniki opublikowane w The Astrophysical Journal oferują rozwiązanie długotrwałej tajemnicy chemicznej. Skład Drogi Mlecznej nie odpowiada standardowym modelom. Chyba, że w grę wchodzą te upiorne czarne dziury.
Czym są pierwotne czarne dziury?
Nie są to tego rodzaju czarne dziury, które można znaleźć w centrum galaktyki.
Pierwotne czarne dziury to hipotetyczne relikty wczesnego Wszechświata. Powstały w wyniku fluktuacji materii podczas kosmicznej inflacji, wkrótce po Wielkim Wybuchu.
Naukowcy uważają je za kandydatów do roli ciemnej materii. Niewidzialna substancja stanowiąca 90% masy Wszechświata. Nie możemy ich zobaczyć, ale wiemy, że prawdopodobnie istnieją.
I być może właśnie teraz latają wśród gwiazd.
Kiedy pierwotna czarna dziura porusza się w przestrzeni, może przejść przez gwiazdę. Grawitacja wytwarza intensywne siły pływowe. W przypadku białego karła – gęstego ciała wielkości Ziemi pozostałego po gwieździe o małej masie – siły te mogą być katastrofalne.
Ciśnienie gwałtownie wzrasta. Fuzja termojądrowa rozpoczyna się w sposób niekontrolowany. Huk. Supernowa typu Ia.
Sprawdzanie chemicznych odcisków palców
Badaniami kierował Shing-Chi Leung. Jest członkiem wydziału SUNY Polytechnic Institute i wizytującym pracownikiem naukowym w Kabley Institute on the Physics and Mathematics of the Universe. Współpracował z Ken’ichi Nomoto, Alexandrem Kusenko i Tomoharu Suzuki.
Nie tylko budowali teorie. Porównywali modele z rzeczywistością.
Które supernowe pasują do tego profilu?
Zespół zbadał pozostałości takie jak Tycho, Kepler i 3G 397. Przeanalizował pobliskie eksplozje, w tym SN 2011fe i SN 2012cg, a także starsze zdarzenia.
Wyniki były niesamowite. Eksplozje inicjowane przez pierwotne czarne dziury były bardzo podobne pod względem jasności i kinematyki do standardowych supernowych typu Ia. Jest to problem dla obserwatorów. Jak je rozróżnić?
Spójrz na resztki.
Naukowcy przeanalizowali bogactwo chemiczne tych pozostałości i całej galaktyki. Skupili się na izotopach promieniotwórczych, takich jak Ni-56, a także pierwiastkach stabilnych, takich jak mangan (Mn) i nikiel (Ni).
„Nasza praca sugeruje, że niektóre supernowe, które widzimy na niebie, mogą być wynikiem pierwotnych czarnych dziur… pozostawiają one wiele interesujących śladów w przyrodzie”.
- Shing-Chi Leung
Izotopy te służą jako znaczniki. Ujawniają masę i metaliczność eksplodującego białego karła. „Metalowość” odnosi się tutaj do ilości cięższych pierwiastków obecnych w momencie formowania się gwiazdy. To jest chronometr. Sposób na prześledzenie kosmicznej historii.
Brakujący składnik Galaktyki
Tutaj robi się ciekawie.
Wzorce wzbogacania chemicznego Drogi Mlecznej nie miały sensu przy użyciu samych standardowych modeli. Gwiazdy wykazywały trendy w obfitości pierwiastków, których nie można było wytłumaczyć normalnym tempem powstawania supernowych.
Kiedy jednak badacze zasymulowali scenariusz z niezerową frakcją supernowych typu Ia inicjowanych przez pierwotne czarne dziury, obliczenia matematyczne osiągnęły zbieżność.
Chemia galaktyki w końcu się wyrównała.
Niektóre z tych gwiezdnych eksplozji muszą być spowodowane przez te niewidzialne obiekty. Nawet jeśli nie możemy zobaczyć samych czarnych dziur, ich wpływ jest rejestrowany w gwiazdach.
Dlaczego to jest ważne?
Nie chodzi tylko o skorygowanie braku równowagi chemicznej. Chodzi o poszerzenie naszej wiedzy o wszechświecie.
Jeśli istnieją pierwotne czarne dziury (a to badanie potwierdza tę hipotezę), nie są one jedynie ciemną materią. Są aktywnymi uczestnikami kosmicznej ewolucji. Kształtują skład chemiczny galaktyk. Mają wpływ na to, które gwiazdy przetrwają, a które eksplodują.
Zespół planuje kopać głębiej. Następnym razem chcą zrozumieć, w jaki sposób pierwotne zdarzenia związane z czarnymi dziurami wpływają na ogólną populację supernowych. Jakie będzie łączne tempo? Jak często się to zdarza w porównaniu do standardowych modeli?
Nadal nie mamy bezpośredniego wykrywania. Ich obecność wnioskujemy na podstawie blizn, jakie pozostawiają na umierających gwiazdach.
Ale blizny są prawdziwe. Chemiczne odciski palców nie kłamią.
Gdzieś w kosmosie przez ciemność dryfuje czarna dziura. Przechodząc przez białego karła, czeka, aby rozpalić iskrę, która rozświetli galaktykę.
Dopiero uczymy się czytać dym.
