Süpernova, yani bir yıldızın patlayarak ölmesi her zaman şiddetli bir olaydır. Bu patlamalar maddeyi uzaya fırlatırken ardında genellikle nötron yıldızı veya kara delik gibi yoğun bir kalıntı bırakır. Ancak evrendeki en büyük yıldızları içeren bazı süpernovalar o kadar güçlü olabilir ki ardında kesinlikle hiçbir şey bırakmaz.
Bilim insanları 1960'lardan bu yana bu ultra güçlü süpernovaların varlığını teorik olarak öngörüyordu. Araştırmacılar şimdi kara delikler ve uzay-zamanın dalgalanmaları olan kütleçekim dalgaları üzerine yaptıkları çalışmalar aracılığıyla bu patlamaların dolaylı kanıtlarını elde etti.
Avustralya'daki Monash Üniversitesi'nde astrofizik doktora öğrencisi olan ve Nature dergisinde yayımlanan çalışmanın baş yazarı Hui Tong'a göre, bu tür süpernovaların Güneş'ten yaklaşık 140 ila 260 kat daha büyük kütleye sahip en devasa yıldızlarda gerçekleştiği öngörülüyor.
Tong şöyle dedi: "Devasa kütlelerine rağmen bu yıldızlar nispeten kısa ömürler yaşar; yalnızca birkaç milyon yıl. Karşılaştırma olarak Güneş yaklaşık 10 milyar yıl yaşayacaktır. Yani bu yıldızlar kabaca bin kat daha hızlı söner — yoğun ve kısa bir şekilde yanan, ardından patlayan devasa bir havai fişek gibi."
Belirli bir kütledeki büyük yıldızların patlaması ardında nötron yıldızı bırakır. Daha da büyük bazı yıldızlar patladığında ise ardında kara delik kalır. Kara delik, ışığın bile kaçamayacağı kadar güçlü çekime sahip olağanüstü yoğun bir nesnedir. Kara delik orijinal yıldızın kütlesinin bir kısmını korurken geri kalanı uzaya savrulur.
Araştırmacılar bu çalışmada, yaydıkları kütleçekim dalgaları sayesinde kütleleri bilinen 153 kara delik çiftine ait verileri inceledi. Daha önce iki küçük kara deliğin birleşmesiyle oluşmuş kara delikleri ayıklayarak saf verileri elde etti.
Araştırmacıların ardından tespit ettiği şey, Güneş kütlesinin yaklaşık 44 ila 116 katı arasında kara deliklerin bulunmadığı bir boşluktu. Bunu "yasak aralık" olarak adlandırdılar.
Araştırmacılara göre bu boşluk, en büyük yıldızların — normalde o kütle aralığında kara delik bırakması beklenen yıldızların — yaşamlarının sonunda "çift kararsızlık süpernovası" adı verilen nadir bir patlama türüyle tamamen yok olmasıyla açıklanabilir.
Toronto Üniversitesi Kanada Kuramsal Astrofizik Enstitüsü'nden astrofizikçi ve çalışmanın ortak yazarı Maya Fishbach şöyle dedi: "Çift kararsızlık süpernovası, yıldız ölümlerinin en şiddetli patlama türlerinden biridir."
Fishbach ekledi: "Genel olarak büyük kütleli yıldızlar kara delik oluşturur. Yıldız ne kadar büyükse kara delik o kadar ağır olur. Ancak yıldızlar belirli bir kütle eşiğini aştığında, patlamanın fiziği ardında hiçbir yıldız kalıntısı bırakılmamasını zorunlu kılar."
Bu devasa yıldızlar başlangıçta diğer büyük kütleli yıldızlara benzer şekilde evrilir; hidrojen ve helyum yakar, büyük ölçüde karbon ve oksijenden oluşan büyük bir çekirdek oluşturur. Çekirdeğin kararlı kalması için yerçekiminin içe doğru basıncı ile enerjinin dışa doğru salınımı arasında bir denge olması gerekir. Bu yıldızlarda söz konusu enerji, ışığı oluşturan parçacıklar olan yüksek enerjili fotonlardır.
Ancak bu yıldızların içindeki aşırı sıcaklıklarda fotonların bir kısmı elektron ve pozitron adlı atom altı parçacık çiftlerine dönüşür. Bu durum çekirdeğin kararlılığını sağlayan dışa doğru basıncı zayıflatır. Bu parçacık çiftleri ve yarattıkları kararsızlık, bu süpernova sınıfının adını açıklar.
Tong şöyle dedi: "Çekirdek kararsız hale gelir, bu da kontrol edilemeyen bir çökmeye ve ardından yıldızı paramparça eden şiddetli bir termonükleer patlamaya yol açar."
Fishbach'a göre bu süpernovalar altmış yıl önce öngörülmüş olmasına rağmen "nadir ve bulunup tanımlanması zordur."
Bilim insanları daha önce çift kararsızlık süpernovası adayı olan "süper parlak süpernova" adlı bir yıldız patlaması türü gözlemlemiştir. Bu patlamalar Güneş'ten 10 milyar kattan fazla parlak olabilir. Ancak şimdilik bu çalışmada sunulan kanıtlar, çift kararsızlık süpernovalarının varlığına ilişkin en güçlü gösterge olabilir.
Tong şöyle dedi: "Biz aslında görünmez bir şeyi, yani kara delikleri, evrendeki en parlak patlamaların bazılarının kaydı olarak kullanıyoruz."
