Umierające gwiazdy typu biały karzeł mogą eksplodować jak bomba atomowa

Nowe badania dowodzą, że kiedy biały karzeł eksploduje jako supernowa, może wybuchnąć jak broń jądrowa na Ziemi.

Białe karły to słabe, blaknące jądra martwych gwiazd wielkości Ziemi, które pozostają po tym, jak gwiazdy średniej wielkości wyczerpały swoje paliwo i zrzuciły swoje zewnętrzne warstwy. Nasze Słońce pewnego dnia stanie się białym karłem, podobnie jak ponad 90% gwiazd w naszej galaktyce.

Poprzednie badania wykazały, że białe karły mogą ginąć w eksplozjach jądrowych znanych jako supernowe typu Ia. Wiele pozostaje nieznanych informacji na temat tego, co wywołuje te eksplozje, ale wcześniejsze prace sugerowały, że mogą one mieć miejsce, gdy biały karzeł pozyskuje dodatkowe paliwo od towarzysza binarnego, być może w wyniku kolizji. (Dla porównania, supernowe typu II powstają, gdy pojedyncza gwiazda umiera i sama się zapada).

Teraz naukowcy zasugerowali nowy sposób, w jaki mogą się zdarzyć supernowe typu Ia – biały karzeł może wybuchnąć jak broń nuklearna.

Gdy biały karzeł stygnie, uran i inne ciężkie pierwiastki promieniotwórcze znane jako aktynowce krystalizują w jego rdzeniu. Niekiedy atomy tych pierwiastków ulegają spontanicznie rozszczepieniu jądrowemu, rozpadając się na mniejsze fragmenty. Te przypadki rozpadu radioaktywnego mogą uwalniać energię i cząstki subatomowe, takie jak neutrony, które mogą rozbijać pobliskie atomy.

Jeśli ilość aktynowców w rdzeniu białego karła przekroczy masę krytyczną, może to wywołać wybuchową, niekontrolowaną reakcję łańcuchową rozszczepienia jądrowego. Ten wybuch może następnie wywołać fuzję jądrową, w której jądra atomów łączą się, aby wygenerować ogromne ilości energii. W podobny sposób bomba wodorowa wykorzystuje reakcję łańcuchową rozszczepienia jądrowego do zdetonowania eksplozji termojądrowej.

Ta symulacja komputerowa pokazuje kryształ uranu (pomarańczowy) tworzący się w cieczy z jąder węgla i tlenu (biały). (Zdjęcie: CJ Horowitz i ME Caplan)

Obliczenia przeprowadzone w ramach nowego badania i symulacje komputerowe wykazały, że masa krytyczna uranu może rzeczywiście krystalizować z mieszaniny pierwiastków zwykle występujących w stygnącym białym karle. Jeśli ten uran eksploduje w wyniku reakcji łańcuchowej rozszczepienia jądra atomowego, naukowcy odkryli, że powstałe w ten sposób ciepło i ciśnienie w rdzeniu białego karła mogą być wystarczająco wysokie, aby wywołać fuzję lżejszych pierwiastków, takich jak węgiel i tlen, w wyniku której powstanie supernowa.

„Warunki do zbudowania i odpalenia bomby atomowej wydawały się bardzo trudne – byłem zaskoczony, że te warunki mogą być spełnione w naturalny sposób wewnątrz bardzo gęstego białego karła” – powiedział dla Space.com współautor badania Charles Horowitz, astrofizyk nuklearny z Indiana University. „Jeśli to prawda, zapewnia to zupełnie nowy sposób myślenia o supernowych termojądrowych i być może innych eksplozjach astrofizycznych”.

Ile więc supernowych typu Ia może pomóc wyjaśnić ten nowy mechanizm? – Może około połowa – powiedział Horowitz.

W szczególności te nowe odkrycia mogą wyjaśniać supernowe typu Ia, które zdarzają się w ciągu miliarda lat od powstania białego karła, ponieważ ich uran jeszcze nie rozpadł się radioaktywnie. Jeśli chodzi o starsze białe karły, supernowe typu Ia mogą powstać w wyniku połączenia dwóch białych karłów, powiedział Horowitz.

Przyszłe badania mogą obejmować przeprowadzenie symulacji komputerowych w celu ustalenia, czy reakcje łańcuchowe rozszczepienia u białych karłów mogą wywołać fuzję i jak to się dzieje. „Podczas eksplozji zachodzi wiele różnych procesów fizycznych i dlatego istnieje wiele możliwych niewiadomych” – powiedział Horowitz. Takie prace mogłyby również ujawnić sposoby wykrywania, czy supernowe typu Ia powstały dzięki temu nowo odkrytemu mechanizmowi.

Horowitz i współautor badania Matt Caplan, fizyk teoretyczny z Illinois State University, szczegółowo opisali swoje odkrycia 29 marca w czasopiśmie Physical Review Letters.

Źródło: Charles Q. Choi

Actinide Crystallization and Fission Reactions in Cooling White Dwarf Stars

Zdjęcie: NASA, ESA

Tematy:
Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x