Ένα παράξενο αστέρι στον Γαλαξία μας φέρει την υπογραφή μιας μοναδικής έκρηξης ενός γιγαντιαίου άστρου που κάποτε υπήρχε πριν από δισεκατομμύρια χρόνια στην εποχή της κοσμικής αυγής.
Η χημική σύνθεση του σωζόμενου άστρου που είναι γνωστό ως J0931+0038 είναι τόσο περίεργη που μπορεί να αποτελείται μόνο από τα υπολείμματα ενός τεράστιου άστρου, με μάζα 50 φορές μεγαλύτερη από τον Ήλιο. Αυτός ο τεράστιος αστέρας φαίνεται ότι εξερράγη ως σουπερνόβα πριν από δισεκατομμύρια χρόνια, και τα υπολείμματά του ενσωματώθηκαν στον αστέρα J0931+0038.
Με πιο απλά λόγια, ο αστέρας J0931+0038 είναι σαν ένα μίγμα από διαφορετικά υλικά. Αυτό συμβαίνει επειδή δημιουργήθηκε από τα υπολείμματα ενός τεράστιου άστρου, που είχε διαφορετική χημική σύνθεση από ένα τυπικό άστρο.
Και αυτό είναι ακόμη πιο περίεργο. Ένα αστέρι με τεράστια μάζα θα έπρεπε, σύμφωνα με τη θεωρία, να είχε καταρρεύσει κατευθείαν σε μια μαύρη τρύπα όταν πέθανε. Αυτό είναι ένα αίνιγμα για τους επιστήμονες, καθώς δεν γνωρίζουν πώς μπορεί να συμβεί αυτό.
«Δεν έχουμε δει ποτέ κάτι τέτοιο», λέει ο αστρονόμος Alex Ji του University of Chicago and Sloan Digital Sky Survey (SDSS), ο οποίος ηγήθηκε της έρευνας. «Ό,τι κι αν συνέβη τότε, πρέπει να ήταν καταπληκτικό. Το ονομάσαμε [τον πρόγονο των σουπερνόβα] το “Αστέρι Barbenheimer ” για τη θεαματική πυρηνοσύνθεσή του».
Τα περισσότερα στοιχεία στο Σύμπαν παράγονται από τα αστέρια. Μετά από το Big Bang 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, όταν τα πάντα είχαν κρυώσει αρκετά ώστε να σχηματιστούν άτομα, ο χώρος ήταν γεμάτος από ένα μίγμα κυρίως υδρογόνου και λίγο ηλίου. Αυτή είναι η ύλη από την οποία γεννήθηκαν τα πρώτα αστέρια.
Αλλά τα αστέρια είναι ουσιαστικά «εργοστάσια» παραγωγής στοιχείων, με πολλές διαφορετικές μεθόδους δημιουργίας νέων υλικών σε μια διαδικασία γνωστή ως πυρηνοσύνθεση. Τροφοδοτούνται από τη διαδικασία σύντηξης που λαμβάνει χώρα στους πυρήνες τους, συνθλίβοντας τα άτομα μαζί για να σχηματίσουν βαρύτερα στοιχεία. Με απλά λόγια, τα αστέρια είναι σαν «εργοστάσια» όπου η ύλη “συναρμολογείται” για να δημιουργηθούν τα στοιχεία που αποτελούν το Σύμπαν μας.
Ωστόσο, η διαδικασία σύντηξης σταματά στο σίδηρο, καθώς η σύντηξη του σιδήρου σε κάτι βαρύτερο απαιτεί περισσότερη ενέργεια από όση παράγει, κάτι που σημαίνει ότι έρχεται το τέλος για το αστέρι.
Καθώς το αστέρι εκρήγνυται, δημιουργούνται βαρύτερα στοιχεία στο εξαιρετικά ενεργητικό περιβάλλον της σουπερνόβα. Εκτός από τα προϊόντα της σύντηξης, αυτά τα στοιχεία εκτοξεύονται στο διάστημα, όπου ενσωματώνονται στις επόμενες γενιές άστρων.
Οι χημικές εναλλαγές στα αστέρια μπορούν να μας πουν πολλά για την ιστορία τους. Τα αστέρια που γεννιούνται πιο πρόσφατα, για παράδειγμα, έχουν υψηλότερες εναλλαγές στοιχείων βαρύτερων από το ήλιο, κάτι που είναι ένα χρήσιμο εργαλείο για να μάθουμε την ηλικία ενός άστρου. Και τα διαφορετικά στοιχεία μπορούν να μας πουν πολλά για τα αστέρια που προηγήθηκαν, αυτά στα οποία τα βαρύτερα στοιχεία δημιουργήθηκαν για πρώτη φορά από σύντηξη.
Το J0931+0038 είναι ένα κόκκινο γιγαντιαίο αστέρι χαμηλής μάζας, που κρέμεται στη σχεδόν σφαιρική περιοχή του διαστήματος που περικλείει το Milky Way, γνωστό ως γαλαξιακό φωτοστέφανο.
Το J0931+0038 καταγράφηκε για πρώτη φορά από το SDSS το 1999, αλλά όχι έγχρωμο. Μόλις το 2019, καταγράφηκε όλο το φάσμα του φωτός από το αστέρι, που είναι «κλειδί» για τον προσδιορισμό της χημικής του σύνθεσης, καθώς διαφορετικά στοιχεία απορροφούν και εκπέμπουν ξανά φως σε συγκεκριμένα μήκη κύματος.
Το φάσμα του J0931+0038 αποκάλυψε μια χημική σύνθεση που δεν μοιάζει με οτιδήποτε έχουμε ξαναδεί. Είναι πολύ περίεργη. Έχει πολύ λίγα στοιχεία με περιττά ακέραια νούμερα στον περιοδικό πίνακα, όπως το νάτριο και το αλουμίνιο, αλλά είναι πλούσιο σε στοιχεία κοντά στο σίδηρο, όπως το νικέλιο και ο ψευδάργυρος. Επιπλέον, έχει πολύ υψηλότερες εναλλαγές στοιχείων βαρύτερων από το σίδηρο, όπως το στρόντιο και το παλλάδιο.
«Μερικές φορές βλέπουμε ένα από αυτά τα χαρακτηριστικά κάθε φορά, αλλά δεν τα έχουμε ξαναδεί όλα στο ίδιο αστέρι», λέει η αστρονόμος Τζένιφερ Τζόνσον από το Πανεπιστήμιο του Οχάιο.
Η ομάδα ανακάλυψε ότι η πλειονότητα των μετάλλων που βρέθηκαν στο J0931+0038 πρέπει να ήταν από μια μοναδική, εξαιρετικά φτωχή σε μέταλλα πυρηνοσυνθετική πηγή: ένα αστέρι με μάζα 50 έως 80 φορές τη μάζα του Ήλιου εξερράγη και κατά την έκρηξη σουπερνόβα, διασκορπίστηκαν στο διάστημα τεράστιες ποσότητες υλικού, συμπεριλαμβανομένων των μετάλλων. Το υλικό αυτό σχημάτισε ένα νέφος που άρχισε να συμπυκνώνεται και να δημιουργεί αστέρια. Το J0931+0038 είναι ένα από αυτά τα αστέρια.
Τα άστρα με μεγάλη μάζα αναμένεται να καταρρεύσουν βαρυτικά προς τα μέσα και να σχηματίσουν μαύρες τρύπες. Δεν αναμένεται να εκραγούν σαν σουπερνόβες. Το γεγονός ότι το J0931+0038 είναι ένα αστέρι με μεγάλη μάζα που εξερράγη σαν σουπερνόβα είναι ένα μυστήριο.
«Κανένα υπάρχον μοντέλο σχηματισμού στοιχείων δεν μπορεί να εξηγήσει αυτό που βλέπουμε», λέει η αστρονόμος Sanjana Curtis από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ, που ήταν συνεπικεφαλής της έρευνας.
Είναι ένας γρίφος που, μέχρι στιγμής, δεν έχει απάντηση. Η εύρεση περισσότερων τέτοιων παράξενων αστέρων και η μοντελοποίηση του σχηματισμού τους θα αποκαλύψει πώς το άστρο «Barbenheimer» έζησε, πέθανε και άφησε πίσω τα ίχνη του για να μας προβληματίζουν για πολλούς αιώνες.
Η έρευνα της ομάδας έχει γίνει αποδεκτή στο περιοδικό The Astrophysical Journal Letters, και είναι διαθέσιμη στην πλατφόρμα arXiv.