Astronomi već stoljećima bilježe iznenadne zvjezdane eksplozije, no tek je moderna astronomija pokazala što se iza nekih od njih doista događa: masivne zvijezde završavaju život u jednom od najnasilnijih procesa u svemiru. Sljedeća takva supernova u Mliječnoj stazi mogla bi postati jedan od najvažnijih astronomskih događaja ovog stoljeća, osobito ako njezin unutarnji kolaps prvi put zabilježimo i kroz gravitacijske valove.
Eksplozije koje su nekad bile “nove zvijezde”
U staroj Kini takve su se pojave zapisivale kao “gostujuće zvijezde”. U srednjovjekovnoj Europi često su se tumačile kao loš znak, a tragovi sličnih nebeskih događaja sačuvani su i u predajama te umjetnosti pojedinih domorodačkih kultura. Danas znamo da su neka od tih iznenadnih svjetala na nebu bila supernove nastale kolapsom jezgre.
Naziv nova dolazi iz latinskog i znači “nova”, no supernova s kolapsom jezgre ne označava početak zvjezdanog života. Ona označava njegov kraj. Takva eksplozija nastaje kada masivna zvijezda, barem osam puta masivnija od Sunca, potroši gorivo koje joj je omogućavalo da se odupire vlastitoj gravitaciji.
Tijekom života zvijezda u svojoj jezgri stvara sve teže elemente. Taj proces, međutim, ima granicu. Kada nuklearna fuzija više ne može održavati tlak prema van, materijal počinje padati prema središtu. U najdubljem dijelu nastaje iznimno gusta proto-neutronska zvijezda, a vanjski slojevi udaraju u tu jezgru i odbijaju se prema van. Tako nastaje udarni val koji može razoriti cijelu zvijezdu.
Sama eksplozija traje kratko, ali oslobađa golemu količinu energije. Zbog toga su supernove s kolapsom jezgre među najvažnijim prirodnim laboratorijima za fiziku ekstremnih stanja. U njima se tvar, gravitacija i energija susreću u uvjetima koje ne možemo ponoviti na Zemlji.
Svjetlost ne otkriva sve
Supernove danas promatramo teleskopima na Zemlji i u svemiru, u različitim dijelovima elektromagnetskog spektra. Takve opservacije otkrivaju mnogo toga o eksploziji: njezin sjaj, širenje izbačenog materijala, temperaturu, kemijski sastav i promjene koje slijede nakon rasapa zvijezde.
No svjetlost do nas ne stiže bez prepreka. Prašina i plin mogu je apsorbirati, raspršiti ili oslabiti. Dok prođe kroz ostatke zvijezde i međuzvjezdani prostor, dio informacija o najdubljim procesima u eksploziji više nije dostupan. Zato astronomi traže signale koji mogu nositi podatke iz samog srca kolapsa, uz mnogo manje smetnji.
Jedan veliki korak dogodio se 1987. godine, kada je opažena supernova SN 1987A u maloj pratećoj galaksiji Mliječne staze. Uz svjetlost, tada su detektirani i neutrini, gotovo bezmasene elementarne čestice. To je potvrdilo dugogodišnja predviđanja da se u supernovama s kolapsom jezgre stvara ogroman broj neutrina.
Drugi prijelomni trenutak stigao je 2015. godine, kada su detektori LIGO prvi put zabilježili gravitacijske valove nastale spajanjem dviju crnih rupa. Astronomija je tada dobila novi način promatranja svemira: ne samo kroz svjetlost, nego i kroz sitne poremećaje u prostorvremenu
Gravitacijski valovi još čekaju supernovu u našoj galaksiji
Teorija i računalne simulacije predviđaju da supernove s kolapsom jezgre stvaraju gravitacijske valove. Takav signal, međutim, još nije potvrđen. Suradnja LIGO-Virgo-KAGRA dosad je zabilježila stotine signala gravitacijskih valova nastalih spajanjem crnih rupa i neutronskih zvijezda, ali nijedan iz kolapsa jezgre masivne zvijezde.
Razlog je u snazi signala.
Spajanja crnih rupa i neutronskih zvijezda stvaraju mnogo izraženije gravitacijske valove, pa ih detektori mogu zabilježiti i kada se dogode milijardama svjetlosnih godina daleko. Signal iz supernove s kolapsom jezgre bio bi znatno slabiji. S današnjom osjetljivošću detektora, takva bi se eksplozija vjerojatno morala dogoditi u Mliječnoj stazi.
A to se ne događa često.
Procjene govore da se u našoj galaksiji supernova s kolapsom jezgre pojavljuje otprilike jednom u stoljeću. Posljednja jasno opažena supernova u Mliječnoj stazi bila je Keplerova supernova 1604. godine. Statistika zato sugerira da astronomi na novu galaktičku supernovu čekaju neuobičajeno dugo, premda takve procjene ne mogu odrediti kada će se sljedeća zaista dogoditi.
U tome je i važnost pripreme. Ključna faza eksplozije traje samo nekoliko sekundi. Ako detektori i analitički alati ne budu spremni, dio podataka o samom kolapsu zvijezde mogao bi biti izgubljen zauvijek.
Trag ispod 250 Hz mogao bi suziti potragu za okidačem eksplozije
Novo istraživanje bavi se upravo tim pitanjem: kako iz budućeg signala gravitacijskih valova izvući što više podataka o unutrašnjosti umiruće zvijezde.
Prema simulacijama, procesi u srcu supernove mogu ostaviti prepoznatljiv trag u frekvenciji gravitacijskih valova. Posebno su važni niskofrekventni signali, ispod 250 Hz. Njihova prisutnost ili izostanak mogao bi pokazati koji su se procesi odvijali neposredno prije eksplozije i koji su mehanizmi sudjelovali u njezinu pokretanju.
Istraživači su zato testirali pristup koji povezuje dva postojeća alata za analizu gravitacijskih valova, BayeWave i coherent WaveBurst. Cilj je prepoznati niskofrekventni potpis nakon što signal bude detektiran. Takav trag ne bi sam po sebi dao jednostavan odgovor, ali bi mogao suziti krug mogućih mehanizama koji pokreću eksploziju masivne zvijezde.
Sljedeća velika supernova u Mliječnoj stazi mogla bi biti vidljiva i običnim teleskopima, ali najvažniji podaci možda neće doći iz svjet.losti. Mogli bi stići kao kratak, slab poremećaj u prostorvremenu, dovoljno jasan da otkrije što se u zvijezdi događalo u posljednjim trenucima prije raspada
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
