Deși câmpurile magnetice intense au fost mult timp considerate cauza celor mai puternice supernove, astrofiziciștii au creat un model de computer al câmpului magnetic, demonstrând ceea ce se întâmplă în interiorul unei stele muribunde înainte de a deveni un monstru spațial.
Când stelele masive mor, explodează. Dar, uneori, astfel de stele explodează foarte puternic și produc una dintre cele mai puternice explozii din Universul observabil.
Atunci când o stea masivă își epuizează alimentarea cu hidrogen, gravitatea puternică din interiorul nucleului determină o fuziune treptată a elementelor sale mai masive. La o scară cosmică, acest proces este rapid. Dar, de îndată ce are loc fuziunea cu fierul, procesul se oprește brusc. Reacția termonucleară din nucleu se oprește, iar forța gravitațională încearcă să o distrugă complet.
În doar o secundă, miezul stelei este comprimat puternic și scade în diametru de la 1.000 la 10 mile, ceea ce duce la apariția undelor de șoc cu adevărat gigantice, care, prin urmare, distrug stelele în afară. Pe scurt, se întâmplă următoarele: steaua își epuizează combustibilul, compresia, undele de șoc, explozia masivă. Tot ce rămâne din el este un nor rapid de gaze fierbinți și o stea mică de neutron care se rotește rapid în locul unde era nucleul.
Acest model este de înțeles și este potrivit pentru a explica modul în care mor morții masive. Dar, uneori, în cele mai îndepărtate colțuri ale universului, astronomii observă explozii de stele ale căror putere depășește cu mult ceea ce poate fi explicat prin modelele supranova tradiționale. Astfel de explozii se numesc exploziile de raze gama și se crede că apariția lor este cauzată de o specie specială de supernova, Hypernova. În afară de faptul că Hypernova este numit după un personaj negativ dintr-un film bazat pe benzi desenate Marvel, este, de asemenea, simbolul intensității magnetice. Colapsul miezului unei stele masive nu numai că duce la o creștere rapidă a densității sale. Steaua continuă să se rotească și, ca un patinator, care își apasă mâinile în timp ce se rotește, miezul colaps al starului care se prăbușește începe să se "răsucească" repede. Odată cu rotația, curenții turbulenți din emisiile de plasmă supraîncălzită și câmpul magnetic al stelei devin extrem de concentrați.
Steaua Hypernova formând 2 jeturi gamma (în opinia artistului)
Până în prezent, efectele cauzate de colapsul nucleului supernovu au fost considerate a fi suficient de bine studiate - teoretic, dar confirmate de observațiile supernovelor. Dar mecanismul de hipernovae (și gama-bursts) nu a fost studiat pe deplin până în acest moment.
Folosind simulări pe unul dintre cele mai puternice supercomputere de pe planetă, o echipă internațională de cercetători a creat un model de bază hypernova în timpul unui colaps, o fracțiune de secundă după explozie. Și ceea ce au descoperit poate ajuta la dezvăluirea misterului exploziilor de raze gama.
Se crede că energia mare a exploziilor de raze gama este cauzată de ceva care apare în centrul unei stele masive în timpul prăbușirii și transformării sale într-o supernova. Ceva care evacuează materia și energia în direcții opuse, formând două jeturi foarte concentrate (sau colimate) care erup din polii magnetici ai unei supernove. Aceste jeturi sunt atât de intense încât, dacă unul dintre ele este îndreptat către Pământ, atunci radiația care emană din ea va da impresia că este cauzată de o explozie mult mai puternică decât explozia unei supernove obișnuite. "Am încercat să găsim mecanismul de bază, instrumentul principal și să aflăm de ce prăbușirea unei stele poate duce la formarea unor astfel de jetoane", a spus Eric Schnetter de la Institutul de Fizică Teoretică din Waterloo, Ontario, care a dezvoltat un model pentru crearea unui simulator al celor muribunde stele.
Pentru a intelege de ce aceste jeturi sunt atat de puternice, imaginati-va un stick de dinamita care a fost pus pe pamant si o minge de tun a fost pusa pe partea de sus. Când explodează dinamitul, va avea loc o lovitură puternică și poate o mică pâlnie de fumat va rămâne din ea. Dar ghiulea este puțin probabil să zboare departe. Cel mai probabil, un pic de salt și să alunece în pâlnie. Dar, dacă puneți același dinamit într-o țeavă de metal, închideți un capăt și rotiți o gaură în aer liber - în timpul exploziei toată energia va fi concentrată la capătul deschis al conductei și miezul va zbura de sute de metri.
Prin analogie cu dinamita, cea mai mare parte a energiei hipernovicei este concentrată în două jeturi care se află în interiorul "tuburilor" magnetice. Prin urmare, când vedem un avion îndreptat spre noi, se pare că este de multe ori mai strălucitor (și mai puternic) decât luminozitatea componentelor sale ar fi dacă o supernova a energiei sale este emisă în toate direcțiile. Aceasta este o explozie de raze gama.
Cu toate acestea, procesul de formare a unor astfel de jeturi era aproape incomprehensibil. Dar modelarea supercomputerelor Blue Waters, localizate la Centrul National de Aplicatii Supercomputer de la Universitatea Illinois din Urbana-Champaign, care a durat 2 saptamani, a dezvaluit un dinam extrem de puternic, pus in miscare prin turbulente, ceea ce este probabil cauza tuturor acestor lucruri. "Cu ajutorul unui dinam, mici structuri magnetice se încadrează într-o stea masivă și se transformă în structuri magnetice din ce în ce mai mari necesare pentru formarea de hipernovae și de rafale cu raze gama lungi", a declarat dr. Phillip Mosta de la Universitatea din California de la Berkeley, primul autor al studiului în revista Nature. "Aceasta începe întregul proces."
"De mult timp sa crezut că acest lucru este posibil. Și acum am arătat și asta. "
Refacerea structurii mici a nucleului unei vedete care a murit în timpul colapsului, cercetătorii au arătat - pentru prima dată - că un mecanism numit "instabilitate rotativă magnetică" ar putea cauza condiții magnetice puternice în interiorul nucleului hipernova, care contribuie la formarea de jeturi puternice.
Se știe că diferite straturi ale unei stele se rotesc la viteze diferite. Chiar și soarele nostru are rotație diferențială. Atunci când nucleul unei stele masive se prăbușește, rotația diferențială provoacă o instabilitate puternică, generând turbulențe care transformă câmpurile magnetice în tuburi cu flux magnetic puternic. O astfel de aliniere rapidă de-a lungul unei linii accelerează plasmă stea, care, la rândul său, mărește rotația câmpului magnetic cu patru cvadrilioane (acesta este 1 cu 15 zerouri). Acest cerc vicios duce la eliberarea rapidă a materialului din poli magneți și inițiază mecanismul de hipernova și de explozie a razei gama.
Potrivit lui Most, această situație este similară cu cât se formează uraganele puternice în atmosfera Pământului. Fluxurile turbulente mici se îmbină într-un ciclon mare. Prin urmare, hypernova poate fi considerată o "furtună ideală", în care o turbulență mică în miezul de colaps creează câmpuri magnetice puternice, care la rândul său determină, în condiții adecvate, formarea de jeturi intense de materie. "Am făcut prima simulare pe scară largă a acestui proces într-o rezoluție foarte înaltă, ceea ce demonstrează formarea unui câmp mondial mare dintr-o zonă extrem de turbulentă", a spus Most. "Simularea demonstrează și mecanismul formării magnetarelor și a stelelor neutronice cu un câmp magnetic foarte puternic, care poate provoca apariția unei clase speciale de supernova foarte luminos".
Deși este interesant în sine să studieze cele mai puternice explozii din Univers, acest studiu poate ajuta, de asemenea, să înțeleagă cum s-au format unele dintre cele mai grele elemente ale Universului nostru.
