Co roku ok Na niebie wybucha 1000 supernowych typu Ia. Te gwiezdne eksplozje rozjaśniają się, a następnie zanikają w sposób tak powtarzalny, że są używane jako „standardowe świece” – obiekty tak równomiernie jasne, że astronomowie mogą wywnioskować odległość do jednego z nich na podstawie jego wyglądu.
Nasze rozumienie kosmosu opiera się na tych standardowych świecach. Rozważmy dwie największe zagadki kosmologii: Jakie jest tempo rozszerzania się Wszechświata? I dlaczego to tempo ekspansji przyspiesza? Wysiłki mające na celu zrozumienie obu tych kwestii opierają się głównie na pomiarach odległości wykonanych przy użyciu supernowych typu Ia.
Jednak badacze nie do końca rozumieją, co powoduje te dziwnie jednolite eksplozje – niepewność, która niepokoi teoretyków. Jeśli istnieje wiele sposobów, w jakie mogą się one wydarzyć, drobne niespójności w ich wyglądzie mogą zniekształcać nasze kosmiczne pomiary.
W ciągu ostatniej dekady zebrało się poparcie dla konkretnej historii o tym, co wyzwala supernowe typu Ia – historii, która śledzi każdą eksplozję do pary słabych gwiazd zwanych białymi karłami. Teraz, po raz pierwszy, naukowcom udało się odtworzyć eksplozję typu Ia w komputerowych symulacjach scenariusza podwójnego białego karła, co znacznie wzmocniło teorię. Ale symulacje przyniosły również pewne niespodzianki, ujawniając, ile jeszcze musimy się dowiedzieć o silniku odpowiedzialnym za niektóre z najważniejszych eksplozji we wszechświecie.
Detonacja krasnoluda
Aby obiekt mógł służyć jako standardowa świeca, astronomowie muszą znać jego wrodzoną jasność lub jasność. Mogą porównać to z tym, jak jasny (lub ciemny) obiekt wydaje się na niebie, aby obliczyć jego odległość.
W 1993 roku astronom Mark Phillips wykreślił, jak jasność supernowych typu Ia zmienia się w czasie. Co najważniejsze, prawie wszystkie supernowe typu Ia podążają tą krzywą, znaną jako zależność Phillipsa. Ta spójność – wraz z ekstremalną jasnością tych eksplozji, które są widoczne miliardy lat świetlnych stąd – czyni je najpotężniejszymi standardowymi świecami, jakie mają astronomowie. Ale jaki jest powód ich spójności?
Podpowiedź pochodzi od mało prawdopodobnego pierwiastka niklu. Kiedy na niebie pojawia się supernowa typu Ia, astronomowie wykrywają wylewanie się radioaktywnego niklu-56. Wiedzą też, że nikiel-56 pochodzi z białych karłów – słabych, wygasłych gwiazd, które posiadają jedynie gęste jądro węgla i tlenu wielkości Ziemi, otoczone warstwą helu. Jednak te białe karły są bezwładne; supernowe to nic innego. Zagadka polega na tym, jak dostać się z jednego stanu do drugiego. „Wciąż nie ma jasnego „Jak to zrobić?”, powiedział Lars Bildsten, astrofizyk i dyrektor Kavli Institute for Theoretical Physics w Santa Barbara w Kalifornii, który specjalizuje się w supernowych typu Ia. „Jak to zrobić, żeby eksplodowało?”
Jeszcze około 10 lat temu dominująca teoria głosiła, że biały karzeł wysysał gaz z pobliskiej gwiazdy, dopóki karzeł nie osiągnął masy krytycznej. Jego rdzeń stałby się wtedy gorący i wystarczająco gęsty, aby wywołać niekontrolowaną reakcję jądrową i wybuchnąć jako supernowa.
Następnie w 2011 roku teoria została obalona. SN 2011fe, najbliższa typ Ia znaleziona od dziesięcioleci, została zauważona na tak wczesnym etapie swojej eksplozji, że astronomowie mieli szansę poszukać gwiazdy towarzyszącej. Żadnego nie widziano.
Naukowcy przenieśli swoje zainteresowanie na nową teorię, tak zwany scenariusz D6 – akronim oznaczający łamaniec językowy „dynamicznie napędzana podwójnie zdegenerowana podwójna detonacja”, ukuty przez Kena Shena, astrofizyka z University of California w Berkeley. Scenariusz D6 zakłada, że biały karzeł łapie w pułapkę innego białego karła i kradnie jego hel, w procesie, który uwalnia tyle ciepła, że wyzwala syntezę jądrową w helowej powłoce pierwszego karła. Topniejący hel wysyła falę uderzeniową w głąb rdzenia krasnoluda. Następnie wybucha.
