Cercetătorii au descoperit dovezi ale unor explozii stelare atât de puternice încât nu lasă nimic în urma lor

O supernovă – moartea explozivă a unei stele – este întotdeauna violentă, aruncând materie în spațiu și lăsând în urmă, de regulă, un rest stelar compact, precum o stea neutronică sau o gaură neagră. Însă unele supernove care implică cele mai mari stele din cosmos pot fi atât de extrem de puternice încât nu lasă absolut nimic în urmă, relatează Reuters.

Oamenii de știință au teoretizat încă din anii 1960 existența acestor supernove ultra-puternice, iar acum au găsit dovezi pentru ele, deși indirecte, într-o cercetare care implică găuri negre și ondulații în spațiu-timp numite unde gravitaționale.

Hui Tong, doctorand în astrofizică la Universitatea Monash din Australia și autor principal al studiului publicat miercuri în revista Nature, a declarat că astfel de supernove apar la sfârșitul ciclului de viață a celor mai masive stele – cele cu o masă de aproximativ 140 până la 260 de ori mai mare decât cea a Soarelui.

„În pofida masei lor uriașe, ele au vieți relativ scurte, de ordinul câtorva milioane de ani. Prin comparație, Soarele va trăi aproximativ 10 miliarde de ani, astfel că aceste stele își consumă combustibilul de aproximativ o mie de ori mai repede – asemenea unui foc de artificii masiv care arde intens și pentru scurt timp înainte de a exploda”, a declarat cercetătorul pentru Reuters.

Echipa de cercetători a studiat peste 150 de găuri negre

Explozia stelelor mari de o anumită masă lasă în urmă o stea neutronică – un nucleu stelar colapsat și compact. Când explodează unele stele și mai mari, ele lasă în urmă o gaură neagră, un obiect extrem de dens, cu o gravitație atât de puternică încât nici măcar lumina nu poate scăpa. Gaura neagră păstrează o parte din masa inițială a stelei, restul fiind aruncat în spațiu.

Pentru noul studiu, cercetătorii au analizat datele a 153 de perechi de găuri negre, calculându-le masa pe baza undelor gravitaționale emise, iar apoi au separat găurile negre care se formaseră anterior prin fuziunea a două găuri negre mai mici.

Ceea ce au detectat ulterior a fost absența găurilor negre cu mase cuprinse între aproximativ 44 și 116 mase solare, interval pe care l-au numit „intervalul interzis”.

Cercetătorii afirmă că această absență poate fi explicată cel mai bine dacă cele mai masive stele, de la care ne-am aștepta să lase în urmă găuri negre în acest interval de masă, au fost de fapt anihilate la sfârșitul vieții lor într-un tip rar de explozie numit „supernovă cu instabilitate de pereche”, fără a lăsa urme.

„O supernovă cu instabilitate de pereche este unul dintre cele mai violent explozive tipuri de moarte stelară”, a explicat Maya Fishbach, astrofiziciană la Institutul Canadian de Astrofizică Teoretică al Universității din Toronto și coautoare a studiului.

Stele masive care ajung rapid la finalul vieții

În general, stelele masive formează găuri negre. Cu cât steaua este mai masivă, cu atât gaura neagră este mai grea, până când stelele ating un anumit prag de masă dincolo de care fizica dezintegrării lor explozive dictează că nu mai rămâne niciun rest stelar.

Aceste stele uriașe evoluează inițial într-un mod similar altor stele masive, arzând hidrogen și heliu și acumulând un nucleu mare alcătuit în principal din carbon și oxigen.

Pentru ca nucleul să rămână stabil, trebuie să existe un echilibru între presiunea gravitațională orientată spre interior și eliberarea de energie spre exterior – sub forma fotonilor de înaltă energie (particulele care alcătuiesc lumina), în cazul acestor stele.

Însă la temperaturile extreme din interiorul acestor stele o parte dintre fotoni se transformă în perechi de particule subatomice numite electroni și pozitroni, slăbind astfel presiunea spre exterior care contribuia la menținerea stabilității nucleului. Aceste perechi de particule și instabilitatea pe care o provoacă dau denumirea stranie a acestei clase de supernove.

„Nucleul devine instabil, ceea ce duce la un colaps accelerat, urmat de o explozie termonucleară violentă care sfâșie steaua”, a spus Tong.

Dovezi după șase decenii de teorie

Deși aceste supernove au fost prezise pentru prima dată în urmă cu șase decenii, Fishbach a spus că „sunt rare și dificil de găsit și identificat”.

Dovezile prezentate în acest studiu ar putea reprezenta cel mai clar indiciu de până acum privind existența supernovelor cu instabilitate de pereche.

„Practic, folosim ceva invizibil, găurile negre, ca o arhivă a unora dintre cele mai strălucitoare explozii din univers”, a spus Tong.