Białe karły to słabe, blaknące jądra martwych gwiazd wielkości Ziemi. Są pozostałością po  gwiazdach średniej wielkości, które wyczerpały swoje paliwo i zrzuciły zewnętrzne warstwy. Nasze Słońce pewnego dnia także stanie się białym karłem, podobnie jak ponad 90 procent gwiazd w naszej galaktyce.

Białe karły nie są nam zupełnie obce. Od pewnego czasu wiemy już, że mogą zostać unicestwione w supernowej typu Ia, czyli w kosmicznej eksplozji. Sama supernowa Ia wciąż pozostawia wiele niewiadomych. Dla porównania warto dodać, że supernowe typu II zachodzą, gdy pojedyncza gwiazda umiera i zapada się.

W przypadku supernowych Ia wciąż nie wiemy, co wywołuje eksplozje. Wcześniejsze prace sugerują, że może do nich dochodzić, gdy biały karzeł uzyskuje dodatkowe paliwo od swojego towarzysza (w przypadku gwiazd podwójnych). Być może dochodzi wówczas do zderzenia, które jest zdarzeniem wyzwalającym eksplozję – sugerowano jeszcze niedawno. 

Teraz naukowcy podsuwają inne wytłumaczenie tego, w jaki sposób mogą powstawać supernowe typu Ia. Ich zdaniem biały karzeł może wybuchnąć jak bomba atomowa.

Reakcja łańcuchowa w sercu białego karła

Gdy biały karzeł stygnie, uran i inne ciężkie pierwiastki promieniotwórcze, znane jako aktynowce, krystalizują się w jego rdzeniu. Czasami atomy tych pierwiastków samorzutnie ulegają rozszczepieniu jądrowemu, rozpadając się na mniejsze fragmenty. Te przypadki rozpadu radioaktywnego mogą uwolnić energię i cząstki subatomowe, takie jak neutrony, które mogą rozbić pobliskie atomy – wyjaśniają autorzy nowego badania.

Jeśli ilość aktynowców w rdzeniu białego karła przekroczy masę krytyczną, może to wywołać niekontrolowaną reakcję łańcuchową rozszczepienia jądrowego, prowadzącą do wybuchu. Wybuch ten z kolei może wywołać fuzję jądrową, w której jądra atomów łączą się, aby wygenerować ogromne ilości energii. W podobny sposób bomba wodorowa wykorzystuje reakcję łańcuchową rozszczepienia jądrowego do zdetonowania eksplozji termojądrowej – objaśniono na łamach Live Science.

Obliczenia przeprowadzone w ramach nowego badania i symulacje komputerowe wykazały, że masa krytyczna uranu może rzeczywiście krystalizować się z mieszaniny pierwiastków zwykle występujących w stygnącym białym karle. Jeśli uran eksploduje w wyniku reakcji łańcuchowej rozszczepienia jądra atomowego, powstałe w ten sposób ciepło i ciśnienie w rdzeniu białego karła mogą być wystarczająco wysokie, aby wywołać fuzję lżejszych pierwiastków, takich jak węgiel i tlen, w wyniku której powstanie supernowa – podano w badaniu. 

Kosmiczne eksplozje

– Warunki do zbudowania i odpalenia bomby atomowej wydawały się bardzo trudne. Byłem zaskoczony, że te warunki mogą być spełnione w naturalny sposób wewnątrz bardzo gęstego białego karła. Jeśli to prawda, zapewnia to zupełnie nowy sposób myślenia o supernowych termojądrowych i być może innych eksplozjach astrofizycznych – mówi współautor badania Charles Horowitz, astrofizyk nuklearny z Indiana University.

Zdaniem  Horowitza nowe odkrycie może wyjaśniać połowę wszystkich zachodzących w naszej galaktyce supernowych typu Ia. W szczególności nowe odkrycia mogą wyjaśniać pojawienie się supernowych, do których dochodzi w ciągu miliarda lat od powstania białego karła, ponieważ w tym przypadku uran gwiazdy jeszcze nie rozpadł się w całości. Jeśli chodzi o starsze białe karły, supernowe typu Ia mogą powstać w wyniku połączenia dwóch białych karłów – twierdzi Horowitz.

Naukowcy mają nadzieję, że przyszłe badania obejmujące przeprowadzenie symulacji komputerowych pozwolą ustalić, czy reakcje łańcuchowe w przypadku białych karłów mogą wywołać fuzję. A jeśli tak – jak zachodzi i przebiega ten proces. 
– Podczas eksplozji zachodzi wiele różnych procesów fizycznych i dlatego istnieje wiele możliwych niewiadomych – wyjaśnia Horowitz.

Pełne wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Physical Review Letters.