Από τι εξαρτάται η καμπύλη φωτός μιας έκρηξης kilonova;

Από τι εξαρτάται η καμπύλη φωτός μιας έκρηξης kilonova και τι ρόλο παίζει η “προϊστορία” των αστέρων νετρονίων που τη δημιουργούν;

Μια έκρηξη kilonova προέρχεται από τη συγχώνευση δύο αστέρων νετρονίων*. Το αποτέλεσμα αυτής της έκρηξης είναι η εκτόξευση ύλης από τη συγχώνευση και η δημιουργία ενός νέου αστέρα νετρονίων ή μιας μαύρης τρύπας. Ταυτόχρονα, εκπέμπονται βαρυτικά κύματα και ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία σε διαφορετικά μέρη του φάσματος. Το “φως” που θα λάβουμε από τα τηλεσκόπια στη Γη και στο εγγύς διάστημα, αποτελεί την καμπύλη φωτός της kilonova. Όπως έχουμε αναλύσει σε σχετικό άρθρο, η καμπύλη φωτός μπορεί να είναι “μπλε” ή “κόκκινη”. Αυτός είναι ένας τρόπος να χαρακτηρίζουμε τις καμπύλες φωτός και σημαίνει ότι το μέγιστο της ακτινοβολίας είναι σε διαφορετικό μήκος κύματος, ανάλογα με την κατηγορία στην οποία ανήκει. 

Η καμπύλη φωτός μιας kilonova εξαρτάται από διάφορες παραμέτρους όπως για παράδειγμα ποια ακριβώς χημικά στοιχεία θα συντηχθούν κατά την έκρηξη, τη γωνία παρατήρησης του συμβάντος από τη Γη,  ή το τελικό αστρικό σώμα που θα δημιουργηθεί (δηλ. ένας νέος αστέρας νετρονίων ή μια μαύρη τρύπα).  Κάτι από το οποίο δεν εξαρτάται η καμπύλη φωτός, είναι η “σύσταση” των αστέρων νετρονίων και από πού εκείνοι προήλθαν.  Οι αστέρες νετρονίων αποτελούνται κυρίως από νετρόνια, επομένως η κύρια “σύσταση” τους δεν αλλάζει από έναν αστέρα νετρονίων σε άλλον. Ωστόσο, σύμφωνα με όσα γνωρίζουμε σήμερα, η δομή των αστέρων νετρονίων περιλαμβάνει μια πολύ λεπτή “επίστρωση” από βαρέα μέταλλα στην επιφάνειά τους (δηλαδή να έχουν ελαφρώς διαφορετική χημική σύσταση στην επιφάνεια). Παρ’όλα αυτά, κατά τη σύγκρουση αστέρων νετρονίων, λόγω των υψηλών θερμοκρασιών, όλα τα βαρέα μέταλλα θα “σπάσουν” σε μικρότερα στοιχεία και τελικά σε ελεύθερα πρωτόνια και νετρόνια τα οποία έπειτα θα δημιουργήσουν εκ νέου διαφορετικά χημικά στοιχεία ανάλογα με τις συνθήκες που επικρατούν κατά τη σύγκρουση των αστέρων νετρονίων.

Επίσης, οι αστέρες νετρονίων δημιουργούνται κυρίως από εκρήξεις υπερκαινοφανών, δηλαδή από εκρήξεις που προέρχονται από πολύ μαζικά αστέρια (πάνω από 8 φορές τη μάζα του Ήλιου**) τα οποία καταρρέουν στο τέλος της ζωής τους αφού έχουν καταναλώσει όλα τους τα καύσιμα. Σε κάθε έκρηξη υπερκαινοφανούς, τα εξωτερικά στρώματα του αστέρα εκτινάσσονται στο μεσοαστρικό υλικό μια διαδικασία κατά την οποία δημιουργούνται βαρέα μέταλλα. Επομένως, μπορεί σε διαφορετικές εκρήξεις υπερκαινοφανών να έχουμε διαφορετική τελική χημική σύσταση της μάζας που εκτοξεύεται, αλλά αυτό δεν επηρεάζει τη σύσταση του αστέρα νετρονίων που δημιουργείται κατά την έκρηξη αυτή***. Συνεπώς, δεν είναι δυνατόν να προβλεφθεί ακριβώς η καμπύλη φωτός μιας kilonova με βάση τη “προϊστορία” των αστέρων νετρονίων.

Τέλος, να σημειώσουμε ότι αστέρες νετρονίων παράγονται κυρίως από εκρήξεις υπερκαινοφανών τύπου ΙΙ που προέρχονται από την κατάρρευση ενός μαζικού αστέρα. Οι εκρήξεις υπερκαινοφανών τύπου Ια, οι οποίες προέρχονται από συσσώρευση υλικού σε έναν λευκό νάνο, θα οδηγήσουν σε πλήρη καταστροφή του λευκού νάνου και δε θα δημιουργηθεί ένας αστέρας νετρονίων. 

* Μια έκρηξη kilonova μπορεί επίσης να προέλθει από τη συγχώνευση ενός αστέρα νετρονίων με μια μαύρη τρύπα.

** Μάζα Ήλιου = 1.9891 × 10³⁰  kg

*** Σε μερικές περιπτώσεις το αποτέλεσμα μιας έκρηξης υπερκαινοφανούς είναι ένας αστέρας νετρονίων, ενώ σε άλλες περιπτώσεις είναι μια μαύρη τρύπα.