Wybuchy supernowych w dalekich galaktykach, używane do określania odległości oraz do pomiaru tempa rozszerzania się wszechświata, mogą być wywoływane, nie tak jak się obecnie sądzi, przez wybuchy pojedynczych białych karłów, ale przez ich łączenie się.

Białe karły to wypalone pozostałości gwiazd podobnych do Słońca, związane ze specyficznym typem gwiazdowych eksplozji, zwanym supernowymi Ia. Są one bardzo ważne, gdyż przypuszcza się że mają one podczas wybuchu zawsze taką samą jasność absolutną. Zatem przez bezpośrednie porównanie obserwowanych jasności możemy stwierdzić, które leżą bliżej, a które dalej. Z tego powodu astronomowie nazywają je “świecami standardowymi”. Oprócz tego są one także kluczowe do pomiaru tempa oddalania się galaktyk, powodowanego przez ciemną energię.

Przez dziesięciolecia najlepszą teorią wyjaśniającą mechanizm tego zjawiska, było powolne odzieranie z gazu gwiazdy towarzyszącej białemu karłowi. Rozgrzewa się on i tworzy świecący dysk wokół karła, stopniowo osiadając na jego powierzchni. Temperatura gazu może sięgnąć milionów stopni Celsjusza, powodując emisję promieniowania rentgenowskiego. Kiedy masa białego karła przekroczy granicę Chandrasekhara, czyli 1,4 masy Słońca, na powierzchni zachodzi niekontrolowana fuzja jądrowa, szybko przechodząca w gigantyczną termonuklearną eksplozję całego obiektu. Ponieważ wszystkie wybuchają mając taką samą masę, wszystkie powinny mieć taką samą jasność absolutną.

Promieniowanie rentgenowskie emitowane z dysków gorącego gazu powinno tworzyć specyficzną poświatę w każdej galaktyce. W dzisiejszym wydaniu czasopisma “Nature” opublikowane zostały wyniki analizy danych otrzymanych z satelity Chandra, której dokonali Marat Gilfanov i Akos Bogdan z Max-Planck-Institut f?r Astrophysik. Pod uwagę wzięto pięć bliskich galaktyk eliptycznych oraz jądro galaktyki Andromedy. Obserwowana poświata promieniowania rentgenowskiego była od 30 do 50 razy słabsza niż przewidywana. Oznacza to, że jest mniej akreujących białych karłów niż sądzono, ale to nie pasuje do liczby obserwowanych supernowych. W takim razie coś innego musi być odpowiedzialne za większość supernowych typu Ia.

Wizja artystyczna dotychczasowego modelu wybuchu supernowej Ia. Na górnej ilustracji gaz jest ściągany z gwiazdy podobnej do Słońca na białego karła poprzez czerwony dysk. Kiedy masa karła przekroczy granicę Chandrasekhara, mamy do czynienia z supernową Ia.

Gilfanov i Bogdan zwrócili się w stronę alternatywnej teorii sugerującej, że większość supernowych tego rodzaju jest powodowana przez łączenie się dwóch białych karłów. Skoro nie ma dysków akrecyjnych, to i nie jest dziwny brak promieniowania rentgenowskiego. “Dla wielu astrofizyków pomysł łączenia się był mało prawdopodobny, ponieważ obserwowano zbyt niewiele układów podwójnych białych karłów” – stwierdził Gilfanov. “Teraz jednak ten sposób powstawania supernowych musi być dokładniej zbadany“.

To nie jedyne zastrzeżenie. Do badań zostały wybrane galaktyki eliptyczne, ponieważ zawierają one mniej neutralnego gazu i pyłu pochłaniającego promieniowanie rentgenowskie, niż galaktyki spiralne. Jest więc możliwe, że w galaktykach spiralnych akrecyjne białe karły powodują większość wybuchów supernowych Ia, będzie to celem dalszych badań. Z drugiej strony, być może białe karły z dyskami są obecne w odpowiedniej ilości w galaktykach eliptycznych, ale promieniowanie dysków jest w jakiś sposób blokowane, bądź w procesach akrecji powstaje mniej promieniowania rentgenowskiego niż przewiduje teoria.

Trzecia, najmniej prawdopodobna możliwość, jest taka, że wybuch supernowej wywoływany jest w układzie akrecyjnym, jednak wcześniej, nim biały karzeł osiągnie przewidywany limit masy. W takim przypadku wykrywana emisja promieniowania rentgenowskiego byłaby dużo mniejsza niż w standardowej teorii. Jednak wyniki symulacji takich eksplozji nie zgadzają się z obserwowanymi własnościami supernowych Ia.

Nawet jeśli zaakceptujemy scenariusz łączenia się karłów, pojawiają się kolejne problemy. Do dzisiaj nie powstał przekonujący model pokazujący w jaki sposób łączenie się białych karłów miałoby prowadzić do wybuchu supernowej. W szczególności, niektóre ostatnie modele teoretyczne wskazują, że powstały obiekt raczej zapadnie się do gwiazdy neutronowej, niż eksploduje. Przyjmując jednak że nastąpi wybuch, z oszacowań wynika, że jasność będzie jedynie nieznacznie różniła się od jasności pojedynczego, eksplodującego białego karła. Jednak masy łączący się karłów mogą być za każdym razem inne, co oznacza że jasności dwóch różnych supernowych nie będą identyczne.

Ewentualne różnice w jasnościach, jak i w kształcie krzywej blasku, nie będą wystarczające aby odrzucić istnienie ciemnej energii, jednak będą one miały wpływ na pomiar siły jej oddziaływania oraz tempa rozszerzania się wszechświata w trakcie jego istnienia. Jest to kluczowe w określeniu przyszłego losu wszechświata oraz tego, czy będzie rozszerzał się bez końca.

Autor

Grzegorz Gajda