Supernove tipa Ia jedan su od temeljnih alata moderne kozmologije, jer astronomima služe za mjerenje golemih udaljenosti i praćenje širenja svemira. Nova studija istražuje neobičan mogući okidač tih eksplozija: primordijalne crne rupe, hipotetske ostatke najranijeg svemira koji se razmatraju kao jedan od mogućih oblika tamne tvari.
Kad crna rupa iz ranog svemira prođe kroz bijelog patuljka
Supernove tipa Ia povezuju se s bijelim patuljcima, iznimno gustim ostacima zvijezda male ili srednje mase. Kada takav objekt prijeđe prag stabilnosti, može završiti u snažnoj termonuklearnoj eksploziji. Zbog predvidljivih svojstava tih eksplozija astronomi ih već desetljećima koriste kao svemirske mjerne točke.
No pitanje što točno pokreće sve takve supernove još nije do kraja riješeno. U radu objavljenom u časopisu The Astrophysical Journal, dr. Shing-Chi Leung sa SUNY Polytechnic Institutea i njegovi suradnici istražuju scenarij u kojem bijeli patuljak ne eksplodira zbog nakupljanja materijala ili spajanja s drugim bijelim patuljkom, već zbog prolaska primordijalne crne rupe kroz njegovu unutrašnjost.
Primordijalne crne rupe, ako postoje, nastale bi u vrlo ranom svemiru, iz sitnih poremećaja u gustoći tvari. Za razliku od crnih rupa koje nastaju nakon smrti masivnih zvijezda, ove bi bile ostatak uvjeta iz vremena kada se svemir tek oblikovao. Zbog toga su zanimljive i u raspravama o tamnoj tvari.
Prema ranijim radovima, prolazak takve crne rupe kroz bijelog patuljka mogao bi stvoriti dovoljno snažne plimne sile da poremeti zvijezdu i pokrene eksploziju. Izvana bi takav događaj mogao izgledati kao supernova tipa Ia.
Eksplozija bi mogla izgledati poznato
Leungov tim ranije je pokazao da supernove pokrenute primordijalnim crnim rupama mogu proizvesti svjetlosne krivulje vrlo slične onima iz standardnih modela. To je važan detalj, jer se supernove tipa Ia koriste za određivanje udaljenosti u svemiru. Opservacije takvih eksplozija dovele su i do zaključka da se širenje svemira ubrzava, što je otvorilo put pojmu tamne energije.
U novoj studiji istraživači su otišli korak dalje. Modele su usporedili s poznatim ostacima supernova, među kojima su Tycho, Kepler i 3C 397, zatim s obližnjim supernovama SN 2011fe i SN 2012cg, te s kemijskim sastavom zvijezda u Mliječnoj stazi.
Takva usporedba ne traži samo sličan sjaj eksplozije. Ona provjerava što je eksplozija ostavila za sobom. Supernova iza sebe ostavlja kemijski potpis, a taj potpis može otkriti kakva je zvijezda eksplodirala, koliko je bila masivna i kakav je bio njezin početni sastav.
Kemija Mliječne staze čuva trag mogućeg okidača
U središtu analize nalaze se izotopi i elementi koji nastaju tijekom eksplozije. Istraživači su promatrali radioaktivne izotope nikla, poput nikla-56 i nikla-57, te stabilne elemente među kojima su mangan i nikal. Ti tragovi omogućili su im da ograniče mase i metalnosti zvijezda iz kojih su nastale promatrane supernove i njihovi ostaci.
Model s primordijalnim crnim rupama uspio je objasniti više svojstava promatranih ostataka supernova. Tim je zatim uključio svoje modele u simulacije kemijske evolucije galaksija, kako bi provjerio može li takav tip eksplozije sudjelovati u dugom procesu obogaćivanja galaksija težim elementima.
Rezultati pokazuju da se kemijski obrasci u zvijezdama Mliječne staze bolje reproduciraju kada se u model uključi određeni udio supernova tipa Ia pokrenutih primordijalnim crnim rupama. Autori zato govore o dodatnom kanalu eksplozije, uz već poznate scenarije nastanka supernova tipa Ia.
Leung je zaključak sažeo vrlo izravno: “Naš rad sugerira da bi neke supernove koje promatramo mogle biti posljedica primordijalnih crnih rupa.” Dodao je da se takvi objekti ne mogu izravno promatrati, ali mogu ostaviti tragove koji znanstvenicima pomažu odrediti njihova svojstva.
Trag bi mogao biti skriven u supernovama koje već promatramo
Ako primordijalne crne rupe doista postoje, njihov trag možda se ne nalazi samo u gravitacijskim učincima ili tamnoj tvari galaksija. Mogao bi biti zapisan u eksplozijama koje astronomi već dobro poznaju: u njihovoj svjetlosti, u kemiji njihovih ostataka i u sastavu zvijezda koje su nastale nakon mnogih generacija supernova.
To ovaj scenarij čini posebno zanimljivim. Ne traži potpuno novu vrstu događaja na nebu, već drukčije čitanje dijela postojećih podataka. Supernova tipa Ia, promatrana kao mjerni alat za udaljenosti, u ovom bi slučaju mogla biti i trag objekta nastalog u najranijem svemiru.
Sljedeći korak bit će odrediti koliko bi takvih eksplozija moglo postojati u ukupnoj populaciji supernova tipa Ia. Ako je njihov udio malen, riječ je o rijetkom, ali važnom putu do eksplozije bijelog patuljka. Ako je veći nego što se očekuje, dio supernova kojima mjerimo svemir mogao bi nositi zapis o crnim rupama starijima od prvih zvijezda.
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.
Izvori i publikacija
Primordial Black Hole Triggered Type Ia Supernovae. II. Comparison with Supernova Remnants and Galactic Chemical Evolution
Časopis / izvor: The Astrophysical Journal
