Oamenii se nasc, imbatranesc si mor. Ciclul vietii unui om este in esenta acelasi precum cel al unei stele sclipitoare de pe cer – cu exceptia faptului ca omul nu moare intr-o explozie glorioasa si uimitoare. Atunci cand cele mai colosale stele din cosmos mor, exploziile imense cauzate de aceste fenomene sunt cunoscute sub numele de supernove. In timp ce stelele mai mici mor mai discret, moartea unei stele din categoria grea este un adevarat spectacol. Aceasta si-a petrecut viata hranindu-se cu propriile maruntaie, si uneori cu maruntaiele unui vecin solar. Atunci cand nu mai gaseste nimic de consumat, aceasta se prabuseste in ea insasi si apoi explodeaza, stralucirea acestei explozii eclipsand alte stele si chiar galaxii intregi, timp de zile, saptamani sau chiar luni de zile.
Din punct de vedere statistic, o supernova ar trebui sa explodeze cam o data la 50 de ani, intr-o galaxie de dimensiunea Caii Lactee. Cu toate acestea, pana in anul 2006, oamenii de stiinta au crezut ca cea mai recenta supernova avusese loc la sfarsitul anilor 1600. Apoi, acestia au realizat ca, un manunchi de resturi stelare pe care le urmareau de 23 de ani erau de fapt ramasitele unei supernove care avea doar 140 de ani. Astronomii nu putusera vedea explozia datorita prafului cosmic – praful cosmic blocheaza deasemenea cea mai mare parte a supernovelor estimate a avea loc in fiecare an, in afara galaxiei noastre (in jur de un milliard). Prin constrast, unele supernove sunt atat de stralucitoare incat pot fi vazute cu un simplu binoclu. In septembrie 2011, oamenii din emisfera nordica au putut privi catre galaxia Pinwheel (care se afla deasupra Carului Mare, insa nu este vizibila in cea mai mare parte a emisferei sudice) si au putut vedea o supernova care a explodat acum 21 de milioane de ani. Deci, cum putem detecta o supernova? Identificarea unui nou punct de lumina ca fiind o supernova poate fi o sarcina mult mai usoara decat pare.
Cum se detecteaza o supernova?
Este usor sa utilizati o diagrama stelara pentru a identifica constelatiile intr-o noapte senina. Pana la urma, pozitiile acestor obiecte ceresti au fost descoperite de secole. Dar ce se intampla atunci cand o stea noua apare subit printre suratele ei documentate? Cel mai probabil acest nou oaspete reprezinta ramasitele unei stele care a explodat cu sute sau milioane de ani in urma, si a carei lumina abia acum ajunge pe cerul nostru. Nu este nevoie de un grad profesional pentru a face o descoperire astronomica. In ianuarie 2011, o fetita de 10 ani a gasit o supernova intr-o galaxie aflata la 240 de milioane de ani lumina distanta.
Oamenii de stiinta se bazeaza deseori pe astronomii amatori pentru patrularea cerului si descoperirea unor puncte noi care sunt mai luminoase si mai clare decat obiectele din jurul lor. Stelele care sunt pe cale sa devina supernove isi schimba culoarea de la rosu la albastru din cauza temperaturilor in crestere. Si supernovele isi pastreaza o parte din culoarea albastra datorita efectului Doppler – lumina de la exploziile lor se indreapta spre noi atat de rapid, incat pare sa aiba culoarea albastra. In plus, spre deosebire de o cometa sau un avion, o supernova nu se va abate de la pozitia sa.
Astronomii din China antica au facut prima inregistrare a unei supernove, acum aproximativ doua mii de ani. Acestia nu au inteles ce au vazut si au fost convinsi ca acel punct luminos era o noua stea. Totusi, dupa ce au observat noua stea timp de 8 luni, aceasta a disparut subit. Desi aceasta supernova ar fi putut ajunge o nota de subsol uitata de toata lumea, descoperirea sa a fost reinviata in 2006. Acela a fost anul in care astronomii si-au dat seama ca ei priveau ramasitele aceleiasi supernove care fusese inregistrata in China antica.
Supernove precum cea de mai sus au fost gasite peste tot in cosmos, in galaxia noastra si in alte galaxii aflate la milioane de ani lumina distanta. In 1987, a fost descoperita o supernova atat de aproape de Pamant, incat putea fi vazuta fara ajutorul unui telescop. Aceasta supernova se afla in Marele Nor Magellanic, vecin cu galaxia noastra. Supernova a intrat din nou in istorie in 2011, cand oamenii de stiinta au descoperit resturile sale stralucind si mai tare, pe masura ce aceasta intra intr-o noua etapa de degradare. Lumina acestor ramasite ale supernovei a devenit si mai vizibila, deoarece resturile s-au extins si s-au ciocnit cu un inel de resturi care fusesera evacuate inainte ca supernova sa explodeze. Ciocnirea acestor resturi a produs raze X si caldura, care au determinat intensificarea luminozitatii. Insa cum a ajuns aceasta stea sa se autodistruga? In continuare vom afla mai multe despre ciclul de viata al unei stele gigantice.
Ciclul vietii unei stele gigant
O stea gigant isi incepe viata intr-un mod inocent, atunci cand gaze si praf se strang sub atractia gravitationala ferma pentru a forma o stea copil. Pe masura ce nucleul unei stele tinere se incalzeste, acesta atrage tot mai mult praf si gaz. Aceasta faza a cresterii poate dura pana la 50 de milioane de ani, urmata de alte 10 miliarde de ani de maturitate stralucitoare. Care este sursa acestei straluciri? Stelele sunt alimentate de fuziunea nucleara a hidrogenului in ceva mai dens si mai greu, si anume heliu. Fuziunea are loc in nucleul stelei, iar energia pe care o produce curge spre exterior, creand acea stralucire si prevenind prabusirea nucleului in sine. Cand o stea incepe sa ramana fara hidrogen pe care sa-l transforme in heliu, acesta este inceputul sfarsitului. Cu mai putina energie radiind spre exterior, nucleul incepe sa se prabuseasca, cauzand cresterea temperaturii acestuia. Fuziunea hidrogenului continua apoi numai in straturile exterioare ale stelei, fapt care o determina sa se extinda. Atunci devine o giganta rosie.
O giganta rosie isi va pierde straturile exterioare pentru a deveni o pitica alba. O pitica alba cu indeajuns de multa masa va deveni in cele din urma o supernova. Nucleul sau se va prabusi, avand ca rezultat o explozie ce nu se poate compara cu nimic din ceea ce am putea experimenta pe Pamant. Deoarece acest scenariu este putin probabil, noi nu vom experimenta niciodata o supernova – in ciuda filmelor SF ca “Cartea lui Eli”, soarele nostru nu este indeajuns de mare pentru a deveni o supernova.
Tipuri de supernove
Stelele care sunt indeajuns de mari incat sa ajunga supernove, sunt clasificate in doua categorii – tipul I si tipul II. Astronomul Rudolph Minkowski a realizat aceasta clasificare in 1941. Astronomii invata multe lucruri despre stele de la culorile luminilor pe care acestea le emit. Utilizand un dispozitiv numit spectograf, acestia pot obtine o imagine clara a elementelor care ard in interiorul stelei. Folosind un spectograf, Minkowski a observat ca unele supernove, cele de tip I, nu contin hidrogen, iar cele de tip II contin hidrogen. In anii 1980, pe masura ce tehnologia s-a imbunatatit, oamenii de stiinta au impartit supernovele de tip I in alte trei categorii: tipul Ia (care contin siliciu in spectrele lor), tipul Ib (care contin heliu) si tipul Ic (care nu contin niciunul din aceste elemente). Stelele pierd elemente atunci cand vanturile stelare le rup straturile exterioare, cu mult timp inainte de a deveni supernove.
Tipul Ia functioneaza diferit de toate celelalte tipuri de supernove. O supernova de tipul Ia provine de la o pitica alba care este parte a unui sistem binar (adica una care imparte orbita cu o alta stea) si care a fost de aproximativ doua ori mai mare decat soarele nostru, in timpul vietii sale. Masa acestei pitice albe ii permite sa fuzioneze elementele mai grele decat hidrogenul, prin urmare, aceasta are un nucleu stabil format din carbon si oxigen.
Lasata singura, aceasta pitica alba ar deveni in cele din urma o pitica neagra. Dar din moment ce nu e singura, aceasta are acces la resurse la care alte stele nu au. Cea mai masiva dintre cele doua stele actioneaza ca o sora oportunista, folosindu-si atractia gravitationala pentru a fura materie de la cealalta stea. Aceasta stea lacoma creste pana cand depaseste limita Chandrasekhar – o masa de 1,4 ori mai mare decat a soarelui nostru. La aceasta dimensiune, pitica alba are indeajuns de multa caldura si presiune in miezul sau pentru a fuziona carbon, si tot acel carbon fuzioneaza subit ca explozia unei bombe termonucleare, facand ca steaua sa explodeze. Aceasta lasa in urma o ramasita gazoasa care are o forma simetrica si contine mult fier creat in caldura exploziei.
Deoarece toate supernovele de tip Ia explodeaza in acelasi punct in timpul mortii lor stelare, toate ating punctul culminant la aproape aceeasi luminozitate. Sunt atat de consecvente, incat aceste supernove mai sunt numite si “lumanari standard” – odata ce astronomii gasesc o asemenea supernova in spatiu, ei o pot folosi ca o valoare initiala cu care sa compare alte obiecte din jurul sau. Supernovele de tip Ib, tip Ic si tip II, in ciuda elementelor diferite gasite in spectrele lor, toate explodeaza in acelasi mod.
Tipurile Ib, Ic si II
Supernovele de tip Ib, tip Ic si tip II incep ca niste stele uriase (posibil de opt ori mai mari decat soarele nostru), care se hranesc cu propriile maruntaie pana cand se prabusesc. O pitica alba, creata in cele din urma dintr-una din aceste stele masive, are atat de multa caldura si presiune in interiorul nucleului, incat elementele mai usoare continua sa fuzioneze in elemente mai grele, in loc sa zboare in spatiu. Acest lucru produce suficienta energie pentru a sustine greutatea in crestere a stelei, pana cand se formeaza fierul. Fuziunea fierului in elemente mai grele consuma energia, mai degraba decat sa o furnizeze, prin urmare, atunci cand fierul incepe sa fuzioneze, straturile exterioare ale stelei isi pierd sprijinul si incep sa se prabuseasca in interior.
Pentru a intelege explozia uriasa care rezulta, trebuie sa stiti ce se intampla cu cele mai mici particule ale stelei. Daca o pitica alba este indeajuns de masiva pentru a fuziona fierul in nucleul sau, acei atomi de fier sunt incredibil de fierbinti si de dens impachetati, striviti impreuna ca niste clovni blocati intr-o masinuta de la circ. Particulele lor subatomice se ciocnesc, iar nucleele atomilor de fier se divid, lasand in urma nuclee de heliu plus cateva resturi de neutroni si absorbind o multime de energie in timpul acestui proces.
Fara aceasta energie care sa-l sustina, nucleul stelei incepe sa se micsoreze rapid. Acesta ajunge la de un diametru de 8000 de kilometri la un diametru de numai 19 kilometri, in mod subit, creand temperaturi de aproximativ 100 de miliarde de grade Celsius. Aceasta caldura determina protonii si electronii sa fuzioneze – acestia se anuleaza reciproc, devin neutroni si expulzeaza o multime de neutrini. Neutrinii pot scapa, ceea ce si fac, lasand nucleul cu si mai putina energie pentru a se sustine. Nucleul se contracta cat de mult poate, insa straturile exterioare ale stelei continua sa se prabuseasca in interior, chiar si atunci cand nu mai au loc. Atunci are loc explozia enorma.
Toate aceste explicatii au durat ceva timp, insa intregul proces poate dura chiar mai putin de un sfert de secunda. Explozia este suficient de fierbinte pentru a fuziona elemente mult mai grele decat fierul, si elibereaza aceste elemente intr-un nor gazos care va deveni o ramasita asimetrica, in jurul nucleului solid ramas. In continuare vom afla ce poate crea distrugerea unei stele.
Ce putem invata de la supernove?
Intelegerea modului in care mor diverse stele permite oamenilor de stiinta sa prezica felul in care viitoarele supernove pot afecta restul universului. Supernovele de tip Ia distrug nucleul stelei, insa celelalte trei tipuri lasa in urma nuclee foarte dense. Cand o supernova de tip Ib, Ic sau II rezulta dintr-o stea cu un nucleu de mai putin de 3 mase solare, aceasta creeaza o stea neutronica, cu un nucleu la fel de dens ca si nucleul unui atom si un camp magnetic puternic. Atunci cand o stea cu un nucleu egal cu 3 mase solare sau mai mult explodeaza, perioada de dupa explozie poate duce la crearea unei gauri negre. Oamenii de stiinta cred ca gaurile negre se formeaza cand gravitatia face ca nucleul comprimat al unei stele sa se afunde in permanenta in el insusi. O gaura neagra are o forta gravitationala atat de mare, incat poate atrage materia inconjuratoare (planete, stele, si chiar lumina in sine).
Lasand la o parte puterea lor de distrugere, supernovele au si partile lor bune. Urmarind moartea unor stele anume, oamenii de stiinta au descoperit evenimente astronomice antice si au prezis schimbari viitoare in univers. Iar prin utilizarea supernovelor de tip Ia ca lumanari standard, cercetatorii au putut cartografia galaxii aflate la mari distante de noi si, deasemenea, au putut determina ca universul se extinde si mai rapid decat s-a crezut.
Totusi, stelele lasa in urma mai mult decat o semnatura electromagnetica. Cand o stea explodeaza, aceasta produce praf si reziduuri cosmice. Se crede ca supernovele de tip Ia sunt responsabile pentru cantitatea uriasa de fier din univers. Iar toate elementele din univers care sunt mai grele decat fierul, de la cobalt la roentgeniu, este posibil sa fi fost create in timpul prabusirii nucleelor. Dupa milioane de ani, aceste ramasite se combina cu gazul din spatiu pentru a crea noi vieti interstelare – stele noi care se maturizeaza, imbatranesc si pot completa cercul vietii ajungand, de asemenea, supernove.
VIDEO: Explozie de Supernova
