När astronomer började utarbeta hur stjärnor dör, förväntade de sig att massan av rester, vare sig vita dvärgar, neutronstjärnor eller svarta hål, skulle vara väsentligen kontinuerliga. Med andra ord bör det finnas en smidig fördelning av kvarvarande massor från en bråkdel av en solmassa, upp till nästan 100 gånger solens massa. Ändå har observationer visat en distinkt brist av föremål vid gränsen till neutronstjärnor och svarta hål som väger 2-5 solmassor. Så vart har de alla gått och vad kan det innebära om explosionerna som skapar sådana föremål?
Gapet noterades först 1998 och tillskrivs ursprungligen en brist på observationer av svarta hål vid den tiden. Men de senaste 13 åren har klyftan hållit kvar.
I ett försök att förklara detta har en ny studie genomförts av ett team av astronomer under ledning av Krzystof Belczynski vid Warszawa universitet. Efter de senaste observationerna antog teamet att bristen inte orsakades av brist på observationer eller selektionseffekt, utan snarare fanns det helt enkelt inte många objekt i detta massområde.
Istället tittade teamet på supernovans motorer som skulle skapa sådana föremål. Stjärnor mindre än ~ 20 solmassor förväntas explodera till supernovaer och lämna neutronstjärnor, medan sådana som är större än 40 solmassor bör kollapsa direkt i svarta hål med liten eller ingen fanfare. Stjärnor mellan dessa intervall förväntades fylla detta gap på 2–5 solmassrester.
Den nya studien föreslår att gapet skapas av en känslig växel i supernovaexplosionsprocessen. I allmänhet uppstår supernovaer när kärnorna är fyllda med järn som inte längre kan skapa energi genom fusion. När detta händer försvinner trycket som stöder stjärnmassan och de yttre skikten kollapsar på den oerhört täta kärnan. Detta skapar en chockvåg som reflekteras av kärnan och rusar utåt, smälter in i mer kollapsande material och skapar ett dödläge, där trycket utåt balanserar det infallande materialet. För att supernova ska fortsätta behöver den yttre chockvågen ett extra boost.
Medan astronomer håller inte med om exakt vad som kan orsaka denna vitalisering, föreslår vissa att den genereras som kärnan, överhettad till hundratals miljarder grader, avger neutrino. Under normala tätheter reser dessa partiklar rätt förbi det mesta ämnet, men i superdensregionerna inuti supernovaen fångas många, återuppvärmer materialet och driver chockvågen tillbaka för att skapa den händelse som vi ser som en supernova.
Oavsett vad som orsakar det föreslår teamet att denna punkt är kritisk för objektets slutliga massa. Om den exploderar kommer mycket av förälderns massa att gå förlorad och skjuta den mot en neutronstjärna. Om det inte lyckas trycka utåt, kollapsar materialet och kommer in i händelseshorisonten, staplas på massan och driver den slutliga massan uppåt. Det är ett allt eller inget ögonblick.
Och ögonblicket är en bra beskrivning av hur snabbt detta sker. På mest, astronomer föreslår att detta samspel mellan den yttre chocken och det inre kollapsen tar en enda sekund. Andra modeller placerar tidsskalan på en tiondel av en sekund. Den nya studien konstaterar att ju snabbare beslutet äger rum, desto mer uttalat är gapet i de resulterande föremålen. Som sådan kan det faktum att klyftan existerar tas som bevis för att detta är ett splittrat andra beslut.
