Μετά από 418 χρόνια το ερώτημα παραμένει: Πότε θα δούμε με γυμνό μάτι την επόμενη έκρηξη σουπερνόβα;

Πάμε πίσω. Αρκετά πίσω.

Φανταστείτε ότι είστε ένας αστρονόμος στα πρώτα χρόνια του 17ου αιώνα. Το τηλεσκόπιο δεν έχει εφευρεθεί ακόμη, επομένως κοιτάζετε τον νυχτερινό ουρανό μόνο με γυμνό μάτι. Ξαφνικά μια μέρα, λοιπόν, βλέπετε ένα συγκλονιστικό θέαμα. Σε κάποιο σημείο εμφανίζεται ένα νέο φωτεινό αστέρι από το πουθενά και για τις επόμενες εβδομάδες το φως του είναι πιο δυνατό ακόμη και από τον πλανήτη Αφροδίτη. Είναι τόσο φωτεινό, δε, που φαίνεται ακόμα και τη μέρα. Παραμένει στον ουρανό για πολλούς μήνες, αλλά σταδιακά θαμπώνει και χάνεται.

Αυτό ακριβώς είδε ο Γερμανός αστρονόμος Γιοχάνες Κέπλερ το 1604. Το είδαν και άλλοι παρατηρητές του ουρανού, σε άλλα μέρη της Ευρώπης, της Μέσης Ανατολής και της Ασίας. Σήμερα, εκατοντάδες χρόνια μετά, γνωρίζουμε ότι δεν ήταν ένα νέο αστέρι, αλλά, πιθανότατα, μια έκρηξη σουπερνόβα -μια τεράστια έκρηξη, που συμβαίνει όταν ορισμένα αστέρια φτάνουν στο τέλος της ζωής τους. Και το δικό μας αστέρι, ο Ήλιος μας, ενδεχομένως να έχει την ίδια μοίρα. Δεν έχει, βέβαια, αρκετή μάζα, για να εκραγεί σε σουπερνόβα όταν πεθάνει, αυτό, όμως, δεν σημαίνει ότι δεν θα υπάρξουν πυροτεχνήματα.

Επιστρέφουμε στο γεγονός του 1604. Αυτή ήταν η τελευταία φορά, που εμφανίστηκε μία έκρηξη σουπερνόβα στον γαλαξία μας. Ή, τουλάχιστον, η τελευταία, που είναι γνωστό ότι έχει παρατηρηθεί. Είναι πολύ πιθανό να υπήρξαν και άλλες κοντινές εκρήξεις σουπερνόβα στο μεσοδιάστημα, που, πιθανότατα, κρύβονται πίσω από αέριο και σκόνη. Οι αστρονόμοι μπορούν επίσης να δουν τα υπολείμματα παλαιότερων σουπερνόβα, όπως το Νεφέλωμα του Καβουριού, του οποίου το φως έφτασε για πρώτη φορά στη Γη το 1054. Το επόμενο καλύτερο πράγμα μετά τη σουπερνόβα του Κέπλερ τα τελευταία χρόνια ήταν η σουπερνόβα στο Μεγάλο Νέφος του Μαγγελάνου, έναν μικρό γειτονικό γαλαξία του Milky Way, το 1987 (και ονομάστηκε 1987A). Οι αστρονόμοι έχουν επίσης καταγράψει πολλές σουπερνόβα σε άλλους γαλαξίες. Αλλά οι εκρήξεις αυτές είναι ορατές τηλεσκοπικά. Στην εποχή του Κέπλερ ουδείς θα μπορούσε να τις δει.



Με άλλα λόγια, είμαστε στην αναμονή 418 χρόνια από τότε, που είδαμε ένα αστέρι να εκρήγνυται στον γαλαξία μας. Μπορούμε, όμως, πια να προβλέψουμε πότε θα δει ξανά η ανθρωπότητα ένα τέτοιο συνταρακτικό θέαμα στον ουρανό;

«Αυτό είναι ένα από τα αγαπημένα μου θέματα, περισσότερο από μια μπύρα», λέει ο Brian Fields, αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο του Illinois. Οι αστρονόμοι εκτιμούν ότι, κατά μέσο όρο, από ένα έως τρία αστέρια πρέπει να εκρήγνυνται στον γαλαξία μας κάθε αιώνα. Έτσι, ένα κενό τεσσάρων αιώνων είναι λίγο περισσότερο από ό,τι θα περίμενε κανείς. «Στατιστικά, δεν μπορείς να πεις ότι έχουμε καθυστερήσει -αλλά, ανεπίσημα, όλοι λέμε ότι έχουμε καθυστερήσει», λέει ο Fields.

Οι σημερινοί αστρονόμοι είναι πολύ καλύτερα προετοιμασμένοι για την επόμενη έκρηξη σουπερνόβα από ό,τι θα ήταν ο Κέπλερ -ή από ό,τι θα ήταν οποιοσδήποτε πριν από μερικές δεκαετίες. Οι σημερινοί επιστήμονες είναι εξοπλισμένοι με τηλεσκόπια, που αδιάκοπα καταγράφουν το ορατό φως. Αυτά τα όργανα θα δείξουν πώς θα έμοιαζε μία σουπερνόβα αν μπορούσαμε να πετάξουμε κοντά της και να κοιτάξουμε το αστέρι με τα μάτια μας καθώς εκρήγνυται. Αλλά έχουμε επίσης τηλεσκόπια, που μπορούν να καταγράφουν υπέρυθρο φως -φως του οποίου τα χρώματα βρίσκονται πέρα από το κόκκινο άκρο του ορατού φάσματος.

Με τα μεγαλύτερα μήκη κύματός του, το υπέρυθρο φως μπορεί να περάσει πιο εύκολα μέσα από αέριο και σκόνη από το ορατό φως, αποκαλύπτοντας στόχους, που είναι αδύνατο να δούμε με τα παραδοσιακά τηλεσκόπια. Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, για παράδειγμα, καταγράφει κυρίως στο υπέρυθρο. Τόσο το ορατό όσο και το υπέρυθρο φως αποτελούν μέρος του «ηλεκτρομαγνητικού φάσματος», αλλά οι σουπερνόβα εκπέμπουν επίσης ένα διαφορετικό είδος ακτινοβολίας, με τη μορφή υποατομικών σωματιδίων, που ονομάζονται νετρίνα -και σήμερα έχουμε ανιχνευτές για να τα παγιδεύσουμε επίσης. Επίσης, οι αστρονόμοι έχουν τώρα ανιχνευτές, που μπορούν να καταγράψουν ανεπαίσθητους κυματισμούς στο ύφασμα του χωροχρόνου, γνωστούς ως βαρυτικά κύματα, τα οποία πιστεύεται επίσης ότι απελευθερώνονται από αστέρια, που εκρήγνυνται.

«Η πραγματική προσδοκία τώρα είναι ότι θα έχουμε το trifecta -ηλεκτρομαγνητικά κύματα, βαρυτικά κύματα και νετρίνα- από μια έκρηξη σουπερνόβα», λέει ο Ray Jayawardhana, αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο Cornell. «Αυτή θα ήταν μια απίστευτα πλούσια πηγή πληροφοριών και γνώσεων», προσθέτει.

Οι επιστήμονες έχουν περιγράψει δύο διαφορετικούς τύπους σουπερνόβα: Μία σουπερνόβα Τύπου Ι, όταν ένα λευκό άστρο νάνος «ρουφάει» υλικό από ένα γειτονικό αστέρι μέχρι να αναφλεγεί μια απρόσμενη πυρηνική αντίδραση. Ο λευκός νάνος διαλύεται, στέλνοντας τα συντρίμμια του στο διάστημα. Το Kepler's ήταν τύπου Ι. Και σε μία σουπερνόβα Τύπου II, που μερικές φορές ονομάζεται σουπερνόβα κατάρρευσης πυρήνα. Σε αυτή την περίπτωση ένα αστέρι εξαντλεί το απόθεμα πυρηνικού καυσίμου του και καταρρέει υπό τη δική του βαρύτητα. Η κατάρρευση στη συνέχεια «αναπηδά», προκαλώντας μια έκρηξη.

Οποιοσδήποτε τύπος σουπερνόβα μπορεί να είναι τόσο φωτεινός, ώστε να υπερκαλύπτει για λίγο έναν ολόκληρο γαλαξία! Αλλά οι σουπερνόβα τύπου II έχουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον, επειδή απελευθερώνουν, όχι μόνο φως, αλλά και τεράστιους αριθμούς νετρίνων. Στην πραγματικότητα, η εκπομπή νετρίνων μπορεί να ξεκινήσει λίγο πριν από την ίδια την έκρηξη, εξηγεί η Kate Scholberg, αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο Duke.

«Εάν το άστρο είναι αρκετά κοντά, θα μπορούσαμε πραγματικά να παρατηρήσουμε μερικά από αυτά τα πρώιμα νετρίνα πριν από τη σουπερνόβα», λέει ο Scholberg. Για παράδειγμα, αν ο κόκκινος γίγαντας αστέρας Betelgeuse γινόταν σουπερνόβα, οι ανιχνευτές νετρίνων πιθανότατα θα έπαιρναν το σήμα ώρες ή ακόμα και ημέρες πριν η ίδια η έκρηξη γίνει ορατή, λέει. Ο Betelgeuse παρουσιάζει διακυμάνσεις στη φωτεινότητά του τα τελευταία χρόνια, και ορισμένοι αστρονόμοι πρότειναν ότι ήταν στα πρόθυρα της ανατίναξης, αλλά πιο πρόσφατες μελέτες δείχνουν ότι η εξασθένιση προκλήθηκε είτε από σύννεφα σκόνης είτε από δραστηριότητα ηλιακών κηλίδων στην επιφάνεια του άστρου. Το γιγάντιο αστέρι, πάντως, αναμένεται να ανατιναχτεί κάποια στιγμή στα επόμενα 100.000 χρόνια!

Δείτε πώς θα φαίνεται από τη Γη μια πιθανή έκρηξη του Betelgeuse:



Εάν τώρα τα νετρίνα από μία σουπερνόβα φτάσουν στη Γη, οι αστρονόμοι θα λάβουν μια αυτόματη ειδοποίηση, που αποστέλλεται από μια σειρά ανιχνευτών νετρίνων γνωστών ως Σύστημα Έγκαιρης Προειδοποίησης Supernova ή SNEWS. Η Scholberg βοήθησε στην ανάπτυξη της πρώτης έκδοσης του SNEWS στις αρχές της δεκαετίας του 2000. Σήμερα οι αστρονόμοι ενισχύουν το "SNEWS 2.0" το οποίο θα έχει την ίδια λειτουργία με τον προκάτοχό του, αλλά με βελτιωμένη τριγωνική ικανότητα. Το δίκτυο θα χρησιμοποιεί δεδομένα από επτά διαφορετικούς ανιχνευτές -που βρίσκονται σε έξι διαφορετικές χώρες συν την Ανταρκτική- για να προσδιορίσει την κατά προσέγγιση κατεύθυνση της σουπερνόβα στην ουρανό, έτσι ώστε τα οπτικά όργανα να μπορούν να ρίξουν μια πιο προσεκτική ματιά.

Όταν ανατινάχτηκε o υπερκαινοφανής αστέρας 1987A, η αστρική έκρηξη στο Μέγα Νέφος του Μαγγελάνου, σε απόσταση περίπου 168.000 ετών φωτός από τη Γη, η επιστήμη των νετρίνων βρισκόταν στα σπάργανα -παρ' όλα αυτά, δύο ντουζίνες νετρίνα καταγράφηκαν από τρεις ανιχνευτές, που εργάζονταν εκείνη την εποχή. Εάν μία σουπερνόβα εκραγεί μέσα στον γαλαξία μας τώρα, το παγκόσμιο δίκτυο ανιχνευτών θα καταγράψει εκατοντάδες ή και χιλιάδες νετρίνα.

Μια συγκεκριμένη περίπτωση θα μπορούσε να παράγει ένα πραγματικά μεγάλο σήμα: Εάν ένα αστέρι, που καταρρέει, είναι αρκετά βαρύ, θα μπορούσε να σχηματίσει μια μαύρη τρύπα -στην οποία περίπτωση «όλη η έκρηξη σβήνει», λέει η Scholberg. Σε αυτό το σενάριο, «η ροή των νετρίνων θα σταματούσε πολύ γρήγορα. Αυτό θα ήταν πολύ ωραίο, γιατί στην πραγματικότητα θα έβλεπες αυτό το πολύ απότομο σημείο, το οποίο θα έδειχνε ότι είχε σχηματιστεί μια μαύρη τρύπα». Οι αστρονόμοι μπορούσαν στη συνέχεια να κοιτάξουν μέσα από καταλόγους γνωστών αστεριών για να δουν ποιο από αυτά είχε χαθεί. «Αν δείτε ένα κενό -ένα αστέρι που λείπει- αυτό θα μπορούσε να είναι η τοποθεσία μιας νεοσχηματισμένης μαύρης τρύπας», λέει η Scholberg.

Η ολοκλήρωση του trifecta θα ήταν η επιτυχής ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων από μία σουπερνόβα. Προβλέψεις από τον Αϊνστάιν περισσότερο από έναν αιώνα πριν έλεγαν ότι τα βαρυτικά κύματα είναι παραμορφώσεις στο χωροχρόνο, που δημιουργούνται κάθε φορά, που επιταχύνεται ένα τεράστιο σώμα. Εντοπίστηκαν για πρώτη φορά το 2015. Τα βαρυτικά κύματα, που έχουν καταγραφεί μέχρι στιγμής, απελευθερώθηκαν από τις συγχωνεύσεις τεράστιων αντικειμένων, όπως οι μαύρες τρύπες και τα αστέρια νετρονίων. Αλλά όταν, τελικά, συμβεί μία σουπερνόβα στον γαλαξία μας, θα πρέπει επίσης να είναι ανιχνεύσιμη. Επειδή τα βαρυτικά κύματα θα προέρχονταν από τον πυρήνα ενός σουπερνόβα, «θα μας δώσουν πληροφορίες για το πώς πραγματικά εκρήγνυνται τα αστέρια -κάτι που μέχρι στιγμής έχει διαφύγει από την κοινότητα της αστρονομίας», λέει ο David Radice, αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο Penn State. Αν και οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν προσομοιώσεις υπολογιστών για να μοντελοποιούν τις εκρήξεις σουπερνόβα για δεκαετίες, πολλές από τις λεπτομέρειες εξακολουθούν να είναι ελάχιστα κατανοητές. Τα δεδομένα από τα βαρυτικά κύματα θα μπορούσαν να βοηθήσουν στον φωτισμό της διαδικασίας, λέει ο Radice.

Θα μπορούσε μία κοντινή σουπερνόβα να αποτελέσει απειλή για τη ζωή στη Γη; Ναι, θεωρητικά -αλλά η έκρηξη θα έπρεπε να είναι πολύ κοντά, και αυτή τη στιγμή κανένα τέτοιο κοντινό αστέρι δεν κινδυνεύει να εκραγεί. Κάτι που είναι καλό, γιατί η έκρηξη ακτινοβολίας από μια κοντινή σουπερνόβα θα ήταν καταστροφική. Σε μια περίοδο εβδομάδων, η σουπερνόβα θα εκπέμπει υπεριώδεις ακτίνες, ακτίνες Χ και ακτίνες γάμμα, οι οποίες δεν θα έφταναν απαραίτητα στο έδαφος, αλλά θα εξακολουθούσαν να προκαλούν όλεθρο στο προστατευτικό στρώμα του όζοντος της Γης, εξηγεί ο Fields. «Επομένως, δεν θα μας μετέτρεπε σε Hulk -αλλά θα αφαιρούσε το στρώμα του όζοντος από τη στρατόσφαιρα», λέει. Χωρίς το στρώμα του όζοντος, η Γη θα βρέχεται από τη θανατηφόρα υπεριώδη ακτινοβολία από τον ήλιο. Αυτό θα μπορούσε να εξαφανίσει το φυτοπλαγκτόν στους ωκεανούς, με τα αποτελέσματα να ανεβαίνουν στην τροφική αλυσίδα, οδηγώντας πιθανώς σε μαζική εξαφάνιση, λέει ο Fields.

Ένα τέτοιο γεγονός μπορεί να συνέβη κατά τη διάρκεια της ιστορίας του πλανήτη μας. Ο Fields και οι συνάδελφοί του υποστήριξαν ότι μια μαζική εξαφάνιση στο τέλος της περιόδου του Devonian, περίπου 360 εκατομμύρια χρόνια πριν, μπορεί να προκλήθηκε από σουπερνόβα: Σημειώνουν ότι οι βράχοι από εκείνη την περίοδο περιέχουν σπόρια φυτών, που φαίνονται καμένα από τον ήλιο -σαν να ανατινάζονται από υπεριώδη ακτινοβολία.

Αλλά οι σουπερνόβα δεν καταστρέφουν απλώς. Δημιουργούν επίσης. Οι αστρονόμοι και οι φυσικοί επισημαίνουν ότι πολλά από τα βαριά στοιχεία από τα οποία εξαρτόμαστε -το οξυγόνο που αναπνέουμε, το ασβέστιο στα κόκκαλά μας, ο σίδηρος στο αίμα μας- προέρχονται από τις πυρηνικές αντιδράσεις, που εκτυλίσσονται βαθιά, μέσα στα αστέρια, που εκρήγνυνται και εξαπλώνονται στο διάστημα χάρη στα κύματα έκρηξης, που παράγουν. Όπως το έθεσε περίφημα ο Carl Sagan, «είμαστε φτιαγμένοι από αστέρια». Που σημαίνει ότι για αστρονόμους όπως ο Fields, μια σουπερνόβα θα ήταν το απόλυτο δώρο από τους ουρανούς. «Θα ήθελα να υπάρξει μία σουπερνόβα στη ζωή μου», λέει.