Υπερκαινοφανείς – Μέρος Β: πώς δημιουργούνται;

Δημιουργία Υπερκαινοφανών

Στο πρώτο μέρος είδαμε τη γενικότερη κατηγοριοποίηση των Υπερκαινοφανών βάσει του φάσματός τους. Σε αυτό το μέρος θα δούμε κατηγοριοποιούνται οι Υπερκαινοφανείς βάσει του τρόπου δημιουργίας τους.

Κατάρρευση Πυρήνα

Οι τύπου Ι υπερκαινοφανείς θεωρείται ότι προέρχονται από την εξέλιξη των άστρων πληθυσμού ΙΙ (αστέρες φτωχοί σε βαριά στοιχειά) και οι υπερκαινοφανείς τύπου ΙΙ, προέρχονται από άστρα πληθυσμού Ι (αστέρες πλούσιοι σε βαριά στοιχεία).  Η θεωρία αυτή βασίζεται στο γεγονός ότι οι υπερκαινοφανείς τύπου ΙΙ εντοπίζονται μονάχα σε γαλαξίες όπου η αστρογένεση λαμβάνει ακόμα χώρα και θεωρείται ότι προέρχονται από νεαρά, μαζικά άστρα μάζας > 8M_☉ τα οποία έχουν εξελιχθεί γρήγορα. Ο πυρήνας αυτών των αστεριών καταρρέει καταλήγοντας σε αστέρα νετρονίων ή μελανή οπή για τα πιο μαζικά άστρα, και τα εξωτερικά στρώματα εκτοξεύονται δημιουργώντας τον υπερκαινοφανή. Πιο συγκεκριμένα, αν παρατηρούσαμε έναν τέτοιο αστέρα, ξεκινώντας από τον πυρήνα και πηγαίνοντας προς τα έξω, συναντάμε: στοιχεία της ομάδας του σιδήρου (Fe) που προέρχονται από καύση πυριτίου (Si), μετά στοιχεία της ομάδας του πυριτίου που προέρχονται από καύση οξυγόνου (O), οξυγόνο που προέρχεται από καύση νέου (Ne), νέο και μαγνήσιο (Mg) που προέρχονται από καύση άνθρακα (C), άνθρακα που παράγεται από καύση ηλίου (He), ήλιο που προέρχεται από καύση υδρογόνου (H) και τέλος, υδρογόνο.

Η παραγωγή του σιδήρου, η οποία διαρκεί περίπου μια μέρα, είναι αυτή που πυροδοτεί την έκρηξη καθώς δεν μπορεί να παραχθεί ενέργεια από την πυρηνική σύντηξη του σιδήρου, με αποτέλεσμα να μειώνεται η πίεση του πυρήνα και αυτός να καταρρέει υπό την επήρεια της βαρύτητας. Για αυτό το λόγο, αυτού του είδους οι Υπερκαινοφανείς ονομάζονται και υπερκαινοφανείς από κατάρρευση πυρήνα (core collapse). Σε αυτή την κατηγορία εντάσσονται και οι υπερκαινοφανείς που παρουσιάζουν στενές φασματικές γραμμές εκπομπής λόγω του πολύ πυκνού περιβάλλοντα χώρου καθώς επίσης και οι υπερκαινοφανείς τύπου Ιb/c.

Επειδή αυτού του είδους οι υπερκαινοφανείς προέρχονται από αστέρες όπως κόκκινοι γίγαντες, υπεργίγαντες ή αστέρες Wolf-Rayet, ο περιβάλλοντας χώρος κυριαρχείται από αστρικό άνεμο. Δηλαδή, μάζα που εκλύεται από τον προγεννήτορα προς το μεσοαστρικό χώρο με ταχύτητες 10 με 3000 χμ/δευτερόλεπτο, αναλόγως το είδος του προγεννήτορα. Πιο συγκεκριμένα, στην περίπτωση άστρου Ο κυρίας ακολουθίας, δημιουργείται ένας γρήγορος αραιός άνεμος με ταχύτητα 1500 − 3000 χμ/δευτερόλεπτο και ροή μάζας 5 x 10⁻⁷ − 10⁻⁵ M_☉ /χρόνο. Στην περίπτωση ερυθρού υπεργίγαντα, δημιουργείται αργός αλλά πυκνός άνεμος με ταχύτητα ∼ 10 χμ/δευτερόλεπτο και ροή μάζας ∼ 10⁻⁴ M_☉ /χρόνο. ΄Αστρα Wolf-Rayet προκαλούν αραιό αλλά γρήγορο αστρικό άνεμο με ταχύτητα 1000 − 2000 χμ/δευτερόλεπτο και ροή μάζας 10⁻⁵ − 10⁻⁴ M_☉ /χρόνο. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα να αλλάζει το προφίλ της πυκνότητας τού μεσοαστρικού χώρου και αυτός ο διαμορφωμένος χώρος καλείται πλέον περιαστρικό μέσο (Circumstellar Medium, CSM), ένα μέσο που παίζει σημαντικό ρόλο στην εξέλιξη του υπερκαινοφανούς.

Θερμοπυρηνικές Αντιδράσεις

Οι Υπερκαινοφανείς τύπου Ιa εντοπίζονται και σε γαλαξίες όπου έχει πάψει η αστρογέννεση. Εκεί θεωρείται ότι υπάρχουν ελάχιστα ή καθόλου νεαρά άστρα με αποτέλεσμα να θεωρείται ότι προγεννήτορας ενός τέτοιου αντικειμένου είναι ένας λευκός νάνος άνθρακα/οξυγόνου, πιθανώς μέλος ενός διπλού συστήματος. Δεν υπάρχουν ενδείξεις για το τι άστρο θα μπορούσε να είναι ο συνοδός, με αποτέλεσμα να έχουν αναπτυχθεί κάποιες θεωρίες. Αυτές συγκλίνουν στην ύπαρξη ενός συστήματος διπλού εκφυλισμού (double degenerate), δηλαδή σύστημα λευκού νάνου – λευκού νάνου, ή σύστημα μονού εκφυλισμού (single degenerate), δηλαδή λευκός νάνος με αστέρι κυρίας ακολουθίας ή εξελιγμένο αστέρα. Η προσαύξηση μάζας από το συνοδό, ωθεί το λευκό νάνο να ξεπεράσει το όριο Chandrasekhar των 1.4M_☉ και να εκραγεί οδηγώντας το άστρο σε ολοκληρωτική καταστροφή. Αυτού του τύπου οι υπερκαινοφανείς ονομάζονται και υπερκαινοφανείς από θερμοπυρηνικές αντιδράσεις (thermonuclear SNe) αφού η ενέργεια της έκρηξης δεν προέρχεται από βαρυτική ενέργεια που εκλύεται κατά την κατάρρευση ενός αστεριού, αλλά από την εκρηκτική πυρηνική καύση. Οι παρατηρήσεις σε ακτίνες Χ και σε ραδιοφωνικές συχνότητες δε δείχνουν στοιχεία ύπαρξης αστρικού ανέμου, για αυτό το λόγο, συνήθως θεωρείται ότι αυτοί οι υπερκαινοφανείς εξελίσσονται στο κενό. Αυτού του είδους οι υπερκαινοφανείς, παράγουν περίπου 10 φορές περισσότερη μάζα σε στοιχεία της ομάδας του σιδήρου από ότι οι υπερκαινοφανείς από κατάρρευση πυρήνα. Αυτός είναι και ο λόγος που οι υπερκαινοφανείς Ιa χαρακτηρίζονται από ισχυρή εκπομπή σιδήρου. Πολλοί υπερκαινοφανείς κατηγοριοποιούνται πλέον ως Ιa βάση της ύπαρξης ή μη γραμμών εκπομπής από σίδηρο.