… κατά την διάρκεια της νύχτας 22-23 Φεβρουαρίου του 1987

(νεώτερη ενημέρωση) – Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb βρίσκει για πρώτη φορά άμεσες αποδείξεις για την ύπαρξη άστρου νετρονίων στην καρδιά του υπολείμματος του σουπερνόβα 1987A

Κατά την έκρηξη του υπερκαινοφανούς αστέρα SN1987A πρατηρήθηκαν για πρώτη φορά νετρίνα που προέρχονταν έξω από το ηλιακό μας συστήμα.

Κατά τη διάρκεια της νύχτας 22 προς 23 Φεβρουαρίου 1987 τρεις ανιχνευτές νετρίνων – στο Kamiokande (Ιαπωνία), IMB (ΗΠΑ) και BNO στην ΕΣΣΔ – ανίχνευσαν ταυτόχρονα νετρίνα. Ο Kamiokande ανίχνευσε 11 νετρίνα σχεδόν τρεις ώρες πριν την πρώτη οπτική παρατήρηση της έκρηξης του σουπερνόβα που ονομάστηκε SN1987Α από αστρονόμους στη Χιλή και την Αυστραλία. Ένας άλλος ανιχνευτής νετρίνων κοντά στο Κλήβελαντ των ΗΠΑ, κατέγραψε την ίδια ώρα με τον ιαπωνικό ανιχνευτή άλλα 8 νετρίνα. Αργότερα έγινε γνωστό ότι και ένας τρίτος ανιχνευτής νετρίνων στο φαράγγι Μπαξάν στον Καύκασο είχε καταγράψει άλλα 5 νετρίνα.
Τα 24 νετρίνα που ανιχνεύθηκαν στην Γη ήταν ένα απειροελάχιστο ποσοστό από τα δισεκατομμύρια δισεκατομμυρίων νετρίνων που σάρωσαν τον πλανήτη μας σε μια ριπή από το άστρο Sanduleak-69^o 202^o που εξεράγη στο Μεγάλο Νέφος του Μαγγελάνου προκαλώντας το σουπερνόβα SN1987Α. Ας σημειωθεί ότι οι ανιχνευτές νετρίνων βρίσκονταν στο βόρειο ημισφαίριο, ενώ η έκρηξη του σουπερνόβα ήταν οπτικά ορατό στο νότιο ημισφαίριο. Επομένως τα 24 νετρίνα που ανιχνεύθηκαν διέσχισαν όλη τη Γη μέχρι να φτάσουν στους ανιχνευτές!
Επιπλέον, ο φυσικός John Bahcall – γνωστός για την έρευνά του στην ανίχνευση ηλιακών νετρίνων – όταν έμαθε για τον SN1987Α, άρχισε να υπολογίζει με τους συνεργάτες του πόσα νετρίνα που παράχθηκαν κατά την έκρηξη του σουπερνόβα, θα έπρεπε να έχουν καταγραφεί στους επίγειους ανιχνευτές. Το αποτέλεσμά τους δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature και προέβλεπε μερικές δεκάδες ανιχνεύσεις νετρίνων σε συμφωνία με τα πειραματικά δεδομένα.

Οι οπτικές παρατηρήσεις του σουπερνόβα του SN 1987A και η έκρηξη νετρίνων διάρκειας μόνο λίγων δευτερόλεπτα που προκλήθηκε κατά την έκρηξής του, παρείχαν επιπλέον σημαντικά στοιχεία για την βελτίωση της θεωρίας που περιγράφει την κατάρρευση των πυρήνων των σουπερνόβα. Σύμφωνα με την θεωρία αυτός ο τύπος σουπερνόβα θα σχημάτιζε ένα άστρο νετρονίων ή μια μαύρη τρύπα. Έκτοτε οι αστρονόμοι έχουν αναζητήσει στοιχεία για τέτοιου είδους συμπαγή αντικείμενα στο κέντρο του διαστελλόμενου υλικού που απέμεινε.
Τα τελευταία χρόνια βρέθηκαν έμμεσα στοιχεία για την παρουσία ενός αστέρα νετρονίων στο κέντρο του υπολείμματος, ώστόσο, μέχρι σήμερα δεν είχαν παρατηρηθεί άμεσες ενδείξεις που να δείχνουν την παρουσία άστρου νετρονίων στον απόηχο του SN 1987A (ή οποιασδήποτε παρόμοιας πρόσφατης έκρηξης σουπερνόβα).
Όμως, σύμφωνα με την σημερινή δημοσίευση στο περιδικο Science (Emission lines due to ionizing radiation from a compact object in the remnant of Supernova 1987A), – 37 χρόνια μετά την έκρηξη του σουπερνόβα – οι φασματοσκοπικές παρατηρήσεις του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb δείχνουν την ύπαρξη άστρου νετρονίου στο υπόλειμμα του SN1987A!

Στη συνέχεια παραθέτουμε (ξανά) την εξαιρετική περιγραφή της δημιουργίας και της εξέλιξης του σουπερνόβα 1987Α που έκανε ο αείμνηστος Βασίλης Ξανθόπουλος, στο κλασικό πλέον βιβλίο του, «Περί αστέρων και συμπάντων», Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης , 6η έκδοση 1997:
«Η έκρηξη του σουπερνόβα 1987Α παρατηρήθηκε στις 23 Φεβουαρίου 1987, στο Μεγάλο Νέφος του Μαγγελάνου, σε απόσταση 170.000 ετών φωτός. Η έκρηξη αποτέλεσε σημαντικό γεγονός για την αστρονομία, γιατί με τις λεπτομερείς παρατηρήσεις που ακολούθησαν – και συνεχίζονται – έγινε για πρώτη φορά δυνατό να υποβληθούν σε ουσιαστικό έλεγχο οι θεωρίες μας για τους σουπερνόβα. Το γενικό συμπέρασμα είναι πως οι θεωρίες μας ήταν βασικά σωστές αλλά έπρεπε να δουλευτούν λίγο παραπάνω και προσεκτικότερα σε ορισμένα δευτερεύοντα σημεία. Ως συνήθως, η φαντασία της φύσης ξεπέρασε και πάλι την φαντασία των αστροφυσικών. Το μόνο δυσάρεστο ήταν πως ο σουπερνόβα 1987Α ήταν ορατός μόνον από το νότιο ημισφαίριο.
Είναι πολύ σημαντικό ότι τον αστέρα που εξερράγη τον ξέραμε (που σημαίνει ότι τον είχαμε ξεχωρίσει από τα δισεκατομμύρια των άστρων και καταγράψει) από πριν. Ήταν ο αστέρας Sanduleak-69^o 202^o (από το όνομα του αστρονόμου που τον κατέγραψε, 69^o νότιο γαλαξιακό πλάτος και 202^o γαλαξιακό μήκος). Είχε μάζα περίπου ~16M_☉, λαμπρότητα 40.000L_☉ και ηλικία 11 εκατομμύρια χρόνια. Το επικρατέστερο μοντέλο προβλέπει ότι ο Sanduleak ξεκίνησε ως αστέρας μάζας περίπου18M_☉,έκαψε το περισσότερο υδρογόνο του σε 10 εκατομμύρια χρόνια, το He σε ένα εκατομμύριο χρόνια, τον άνθρακα σε 12.000 χρόνια, το νέον σε 12 χρόνια, το οξυγόνο σε 4 χρόνια και το πυρίτιο σε μια εβδομάδα. Κατά την έκρηξη συνεχιζόταν η καύση του Η σε εξωτερικούς φλοιούς, ενώ στο κέντρο του είχε συσσωρευθεί στάχτη Fe που ξεπέρασε το όριο Chandrasekhar. Η κατάρρευση της στάχτης αυτής προκάλεσε την έκρηξη.
Στο μέγιστό της, η λαμπρότητα του σουπερνόβα έφτασε τις 2·10⁸ L_☉. To μέγιστο της λαμπρότητας δεν συμπίπτει με την ίδια την έκρηξη. Αντίθετα, παρατηρήθηκε 80 ημέρες αργότερα, στις 20 Μαΐου. Η καθυστέρηση αυτή των ογδόντα ημερών επιβεβαίωσε την πρόβλεψη ότι στις εκρήξεις σουπερνόβα δημιουργούνται τα βαριά χημικά στοιχεία σε μεγάλες ποσότητες. Η εξήγηση είναι απλή. Ανάμεσα στα βαριά στοιχεία που σχηματίζονται κατά την έκρηξη περιλαμβάνονται και μεγάλες ποσότητες ραδιενεργών ισοτόπων και η αύξηση της λαμπρότητας του σουπερνόβα οφείλεται στη ραδιενέργεια που εκλύουν τα ισότοπα αυτά. Κατά την έκρηξη σχηματίζεται το ραδιενεργό νικέλιο-56 που έχει χρόνο ημιζωής 6,1 ημέρες και διασπάται προς κοβάλτιο-56. Και το κοβάλτιο, όμως, είναι ραδιενεργό και διασπάται, με χρόνο ημιζωής 77,1 ημέρες, προς άλλα σταθερά στοιχεία.
Ο αστέρας Sanduleak, που είχε παρατηρηθεί και καταγραφεί πριν από την έκρηξη, ήταν κυανός και όχι ερυθρός γίγαντας. Η παρατήρηση αυτή φάνηκε προς στιγμή ότι θα ανέτρεπε τη βασική θεωρία αστρικής εξέλιξης (αφού οι κυανοί γίγαντες βρίσκονται στα πρώτα στάδια της αστρικής εξέλιξης, πριν από την κύρια ακολουθία). Απαιτήθηκαν μερικοί μήνες για να κατανοήσουμε ότι εξαιτίας μιας ιδιαιτερότητάς του, στα τελευταία στάδια της φάσης του ερυθρού γίγαντα που υπολογίζεται ότι κράτησε μερικές χιλιάδες χρόνια, ο Sanduleak είχε χρώμα μπλε! Η περιεκτικότητα του Sanduleak σε οξυγόνο και άλλα βαριά στοιχεία ήταν μικρότερη απ΄ότι είναι συνήθως σε αστέρια που βρίσκονται σε παρόμοια εξελικτική φάση. Όμως μικρότερη περιεκτικότητα των εξωτερικών φλοιών σε οξυγόνο σημαίνει μεγαλύτερη διαπερατότητα του φωτός ανά μονάδα ύλης. Έτσι, για να απορροφηθεί η ακτινοβολία ώστε να ασκηθεί η πίεση που θα εξουδετερώσει τη βαρύτητα, απαιτείται αυξημένη πυκνότητα ύλης στους εξωτερικούς φλοιούς. Ο αστέρας, λοιπόν, σταθεροποιήθηκε σε μικρότερες διαστάσεις απ’ ότι αναμενόταν, η επιφανειακή του θερμοκρασία ήταν μεγαλύτερη από ότι είναι συνήθως, και το χρώμα του ήταν μπλε. Επιπλέον, επειδή ο αστέρας είχε μικρότερες διαστάσεις από ότι αναμενόταν, ένα μεγαλύτερο ποσοστό της ενέργειας της έκρηξης δαπανήθηκε για να διαφύγει η ύλη από το ισχυρότερο βαρυτικό πεδίο. Το τελικό αποτέλεσμα ήταν η μέγιστη λαμπρότητα του σουπερνόβα να είναι μικρότερη από όση θα περιμέναμε, συλλογισμός που επιβεβαιώθηκε από τις παρατηρήσεις.
Δυο ώρες πριν την (οπτική) έναρξη του φαινομένου σουπερνόβα, ανιχνευτές κατέγραψαν αυξημένη διέλευση νετρίνων από τη Γη. Τα νετρίνα εκπέμφθηκαν τα πρώτα δευτερόλεπτα της έκρηξης, όταν κατέρρεε ο κεντρικός πυρήνας. Τότε σχηματίστηκε ένα ωστικό κύμα, ένα κύμα σοκ, που άρχισε να διαδίδεται προς τα έξω. Η χρονική καθυστέρηση των δυο ωρών οφείλεται στο χρόνο που χρειάστηκε το κύμα αυτό για να φτάσει στα εξωτερικά στρώματα του αστέρα, οπότε άρχισε και η εκπομπή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Η συνολική ενέργεια που εκπέμφθηκε με τα νετρίνα υπολογίζεται σε 3·10⁵³ erg. Και όλη αυτή η ενέργεια εκπέμφθηκε μέσα σε μερικά δευτερόλεπτα μόνον! Η ισχύς του σουπερνόβα, αυτά τα πρώτα δευτερόλεπτα, ήταν όση και η ισχύς όλου του ορατού σύμπαντος!
Δεν ξέρουμε με σιγουριά τι απέμεινε από τον σουπερνόβα 1987Α. Οι περισσότεροι αστροφυσικοί ποντάρουν στον σχηματισμό ενός αστέρα νετρονίων. Αλλά η ανακοίνωση, στις αρχές του 1989, της παρατήρησης ενός πάλσαρ συχνότητας 1968 στροφών/δευτερόλεπτο αποδείχθηκε εσφαλμένη. Και η αναμενόμενη μεταφορά κινητικής ενέργειας από τον πάλσαρ στο περιβάλλον κέλυφος δεν έχει παρατηρηθεί… Το διαστημικό τηλεσκόπιο Ηubble φωτογράφησε το διαστελλόμενο κέλυφος που σχηματίστηκε κατά την έκρηξη…
Σουπερνόβα και ζωή
Σε κάποιoν ή κάποιους σουπερνόβα οφείλουμε τη ζωή μας! Όλα τα στοιχεία, από το He και πέρα, που είναι απαραίτητα για τη ζωή, σχηματίζονται μόνο στο εσωτερικό των αστέρων. Ευτυχώς για μας, οι εκρήξεις σουπερνόβα τα σκορπίζουν στο διάστημα και εμπλουτίζουν με αυτά τη μεσοαστρική ύλη. Έτσι, από τη δεύτερη γενιά αστέρων και μετά σε έναν γαλαξία, ηλιακά συστήματα με πλανήτες σαν τη Γη μπορούν να σχηματιστούν, με χημική σύνθεση κατάλληλη για να δημιουργήσουν ζωή. Επιπλέον, επειδή τα μεγάλα αστέρια, που κατά πλειονότητα φαίνεται πως περνούν και από την εμπειρία «σουπερνόβα», ζουν πολύ λιγότερο, έχουν προλάβει να εμπλουτίσουν το διάστημα με ατ απαραίτητα βαριά στοιχεία. Εξηγείται, λοιπόν, έτσι και γιατί οι αστέρες του πληθυσμού ΙΙ είναι νεώτεροι από τους αστέρες του πληθυσμού Ι.
Οι γνώσεις μας για τους σουπερνόβα είναι περιορισμένες, γιατί οι πληροφορίες έρχονται μόνο με την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, που εκπέμπεται από τα επιφανειακά στρώματα του αστέρα, ενώ όλη η ασυνήθιστη δραστηριότητα γίνεται στο εσωτερικό του. Κατευθείαν στο κέντρο του αστέρα θα μπορούσαμε να «δούμε» μόνο με νετρίνα και κύματα βαρύτητας! Θα μπορούσαμε, π.χ. να «δούμε» πως άρχισε η έκρηξη στο κέντρο του αστέρα, να στρέψουμε προς τα κει τα ηλεκτρομαγνητικά μας τηλεσκόπια, και να παρατηρήσουμε όλο το φαινόμενο σουπερνόβα από την αρχή του. Δεν νομίζω ότι θα αργήσει πάρα πολύ ο πολιτισμός μας να αποκτήσει κι αυτού του είδους τα τηλεσκόπια, αν δεν κάνουμε προηγουμένως κι εμείς, πάνω στη Γη, τη δική μας ‘σουπερνόβα’.»

Κατηγορίες:ΑΣΤΡΟΝΟΜΙΑ, ΑΣΤΡΟΦΥΣΙΚΗ, ΣΟΥΠΕΡΝΟΒΑ, ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ

Ετικέτες: ΝΕΤΡΙΝΟ, PHYSICS, SN1987A