Похожи на ядерные бомбы. Ученые выяснили один из способов превращения белого карлика в сверхновую

белые карлики, сверхновая, ядерная бомба
Фото: NASA, ESA, A. Goobar

Новое исследование показало, что, когда звезда белый карлик превращается в сверхновую, он может взорваться, как ядерная бомба на Земле.

Белые карлики — это тусклые, исчезающие ядра мертвых звезд размером с Землю, которые остаются после того, как звезды среднего размера исчерпали свою энергию и сбросили свою внешнюю оболочку. Наше Солнце однажды станет белым карликом, как и более 90% звезд в нашей галактике, сообщает Livescience.

Предыдущие исследования показали, что белые карлики могут погибнуть в результате ядерных взрывов, известных как сверхновые типа Ia. До сих пор не известно, что вызывает эти взрывы, но данные исследований показывали, что они могут произойти, когда белый карлик получит дополнительную энергию от двойного компаньона, возможно, из-за столкновения. (Напротив, сверхновые типа II возникают, когда одна звезда умирает и коллапсирует сама по себе).

Теперь исследователи предложили новый способ возникновения сверхновых типа Ia — белый карлик может взорваться, как ядерное оружие.

Когда белый карлик охлаждается, уран и другие тяжелые радиоактивные элементы, известные как актиниды, кристаллизуются в его ядре. Иногда атомы этих элементов самопроизвольно подвергаются ядерному делению, распадаясь на более мелкие фрагменты. Эти случаи радиоактивного распада могут высвобождать энергию и субатомные частицы, такие как нейтроны, которые могут разрушать близлежащие атомы.

Если количество актинидов в ядре белого карлика превышает критическую массу, это может вызвать взрывоопасную цепную реакцию ядерного деления. Этот взрыв может вызвать ядерный синтез, при котором ядра атомов объединяются, выделяя огромное количество энергии. Подобным образом водородная бомба использует цепную реакцию ядерного деления, чтобы вызвать детонацию ядерного синтеза.

Расчеты и компьютерное моделирование нового исследования показали, что критическая масса урана действительно может кристаллизоваться из смеси элементов, обычно обнаруживаемых в остывающем белом карлике. Ученые обнаружили, что, если этот уран взорвется из-за цепной реакции ядерного деления, то возникающее тепло и давление в ядре белого карлика могут быть достаточно высокими, чтобы вызвать синтез более легких элементов, таких как углерод и кислород, в результате чего возникнет сверхновая.

белые карлики, сверхновая, ядерная бомба
Это компьютерное моделирование показывает кристалл урана (оранжевый), образуется в жидкости из ядер углерода и кислорода (белый).
Фото: C. J. Horowitz and M. E. Caplan

"Условия для создания и взрыва атомной бомбы казались очень сложными — я был удивлен, что эти условия могут быть выполнены естественным образом внутри очень плотного белого карлика", — говорит соавтор исследования Чарльз Горовиц, ядерный астрофизик из Университета Индианы. "Если это правда, это дает возможность совершенно по новому взглянуть на термоядерные сверхновые и, возможно, другие астрофизические взрывы".

Cколько сверхновых типа Ia может помочь объяснить этот новый механизм? "Возможно, около половины", — говорит Горовиц.

В частности, эти новые открытия могут объяснить сверхновые типа Ia, которые возникают в течение миллиарда лет после образования белого карлика, поскольку их уран еще не полностью радиоактивно распался. Когда дело доходит до старых белых карликов, сверхновые типа Ia могут возникнуть в результате слияния двух белых карликов, сказал Хоровиц.

Будущие исследования могут включать компьютерное моделирование, чтобы выяснить, могут ли цепные реакции деления в белых карликах запускать синтез и как это происходит.

"Во время взрыва происходит множество различных физических процессов, и поэтому существует много возможных неопределенностей", — сказал Горовиц.

Такая работа может также выявить способы определения того, возникли ли какие-либо сверхновые типа Ia из-за этого недавно обнаруженного механизма.