Ένα αστέρι πολύ μεγάλης μάζας, όταν καταρρέει βαρυτικά, περνάει “στιγμιαία” από τη φάση του αστέρα νετρονίων πριν γίνει μαύρη τρύπα ή όχι;

Αρχικά πρέπει να σημειωθεί ότι o ακριβής μηχανισμός της δημιουργίας αστέρα νετρονίων ή αστρικής μαύρης τρύπας μέσω μιας έκρηξης υπερκαινοφανούς (core-collapse supernova) δεν είναι απόλυτα κατανοητός και αποτελεί αντικείμενο εκτεταμένης μελέτης μέχρι και σήμερα, κυρίως μέσω προσομοιώσεων σε υπολογιστή. Η έλλειψη κατανόησης οφείλεται τόσο στο ότι είναι τεχνικά δύσκολο να παρατηρήσουμε τις φυσικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στα εσωτερικά στρώματα του καταρρέοντος άστρου, κατά τις οποίες εκπέμπονται φωτόνια, κοσμικές ακτίνες, νετρίνα και βαρυτικά κύματα, όσο και στο ότι είναι εξαιρετικά απαιτητικό υπολογιστικά να γίνουν ακριβείς προσομοιώσεις.

Παρόλα αυτά, έχει αποσαφηνιστεί ότι ο πυρήνας από σίδηρο ενός μεγάλης μάζας άστρου καταρρέει βαρυτικά μέχρις ότου πράγματι ένα τμήμα του να δημιουργήσει ένα βαρυτικά ευσταθές συμπαγές αντικείμενο, που ονομάζεται πρωτοαστέρας νετρονίων. Αυτός αποτελείται κυρίως από νετρόνια και συγκρατείται από την πίεση εκφυλισμού των ελεύθερων πια νετρονίων. Ωστόσο, δεν είναι ακριβώς όπως ένας τυπικός αστέρας νετρονίων: είναι θερμότερος, ελαφρύτερος και στα εξωτερικά του στρώματα δεν υπάρχει κρυσταλλικό πλέγμα από πυρήνες ατόμων. Από τη στιγμή που θα δημιουργηθεί ο πρωτοαστέρας νετρονίων, η παύση της κατάρρευσης δημιουργεί ένα ωστικό κύμα που διαδίδεται σφαιρικά προς τα έξω και συναντά τα εξωτερικά στρώματα του πυρήνα από σίδηρο, τα οποία συνεχίζουν την ελεύθερη πτώση τους προς το κέντρο του άστρου, και αφού διασχίσουν το μέτωπο του κύματος και αποσυντεθούν σε πρωτόνια και νετρόνια, ένα μέρος τους θα επικαθήσει στον πρωτοαστέρα. Ολόκληρη η διαδικασία αυτή υπολογίζεται ότι έχει διάρκεια από μερικά δέκατα του δευτερολέπτου έως λίγα δευτερόλεπτα.

Από αυτό το σημείο και μετά, το αν θα δημιουργηθεί αστέρας νετρονίων, εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το αν τα νετρίνα που εκπέμπονται κατά τη διάρκεια της κατάρρευσης του αστρικού πυρήνα θα καταφέρουν να “ενισχύσουν” ουσιαστικά το ωστικό κύμα, ώστε αυτό να διαδοθεί περαιτέρω και να διαταράξει το υπόλοιπο άστρο δημιουργώντας μια έκρηξη υπερκαινοφανούς (supernova). Αν δεν τα καταφέρουν, θα συνεχίσει να γίνεται προσαύξηση μάζας στον πρωτοαστέρα νετρονίων, ώσπου να μην είναι πια βαρυτικά ευσταθής και να καταρρεύσει σε μια μαύρη τρύπα. Ακόμα και αν τα καταφέρουν όμως, είναι δυνατόν υλικό από το άστρο που έχει “επιβιώσει” της έκρηξης να επικαθήσει στον πρωτοαστέρα νετρονίων και να αυξήσει περαιτέρω τη μάζα του ώστε να δημιουργηθεί μια μαύρη τρύπα. Σε γενικές γραμμές, το ποιό από τα δύο αντικείμενα θα είναι η τελική κατάληξη, εξαρτάται από μια σειρά παραγόντων, όπως π.χ. η μάζα, η δομή και το μαγνητικό πεδίο του πρωταρχικού άστρου.