Supernova har två ansikten | natur

Supernova har två ansikten | natur

Anonim

ämnen

  • Astronomi och astrofysik
  • Kosmologi

Mångfalden av stjärndödsfall är mindre än vi trodde. En sammanställning av nya och arkivdata visar att två tidigare distinkta subtyper av supernova faktiskt är två sidor av samma lopsidiga mynt.

Vissa stjärnor kommer att överleva en miljard år eller mer och sedan rivas isär i några sekunder av en supernovaexplosion. Vi bevittnar aldrig det sista våldsamma andetaget, bara dess efterdyningar - ett glödande moln av radioaktivt skräp som drivs ut med hastigheter som överstiger 10 000 kilometer per sekund och syns mer än halvvägs över det observerbara universum. På sidan 82 i denna fråga har Maeda et al . Jag undersökte fördelningen av vrak för att visa hur obalanserade de sista stunderna var.

Deras studie rör supernovas typ Ia-klass. Dessa tros vara explosionerna av vita dvärgstjärnor som består av en tät och brännbar blandning av kol och syre 2, som drivs till kritik genom masstillträde från en följeslagare. På toppen har dessa supernovaer en anmärkningsvärd enhetlig ljusstyrka - cirka 10 36 watt - så att deras avstånd kan mätas genom att mäta hur ljusa de framträder på himlen. Kosmologer använder dem för att kartlägga omfattningen av universum och dess expansion sedan Big Bang. Vid korrekt kalibrering är super-supernovaer av typ Ia avståndsindikatorer pålitliga till cirka 10%, men högre precision är önskvärd när man använder dem för att begränsa kosmologiska parametrar. Vissa astrofysiker tvivlar på att det kan uppnås. Föddstjärnorna för dessa supernovaer är födda i olika galaktiska grannskap och dör i en turbulent eldstorm - varför ska de alla se exakt lika ut?

Det gör de inte. Nya observationer har avslöjat en intressant och oroande mångfald. I synnerhet matar vissa supernovaer material i ovanligt höga hastigheter (mätt från Doppler-förskjutningarna i spektrallinjen en vecka eller så efter explosionen), med de yttre skikten av skräp som rör sig 50% snabbare än vad som är typiskt 3, 4 . Dessa verkar vara en mer energisk subtyp av typ Ia-explosion. De är inte, som man kunde ha förväntat sig, dramatiskt ljusare än deras motsvarigheter med lägre hastighet, men till och med en liten systematisk skillnad i deras ljusstyrka skulle potentiellt äventyra användbarheten för typ Ia-supernovaer som precisionsavståndsindikatorer.

Enligt Maeda et al . 1, skillnaden mellan supernovaerna i höghastighet och låg hastighet har inte varit något annat än ett tvåsidig bedrägeri. Författarnas data gynnar en sned explosionsmekanism, som blåser ut ena sidan av stjärnan med högre hastigheter än den andra. Huruvida en typ Ia-supernova verkar vara en höghastighets- eller låghastighetstyp beror bara på vilket av de två ansikten som råkar pekas mot oss.

Den bilden verkar överensstämma med vissa teoretiska modeller för hur vita dvärgar spränger. Strax före utbrottet tros stjärnan sjunka i en långsam brännskada 5, tumning mot den kritiska temperaturen för att utlösa en termonukleär språng. I stjärnans kärna får konvektionen en dipolär karaktär 6, 7, med bubblor av varm gas som surrar upp i ett riktat flöde och cirkulerar sedan runt stjärnan innan det sjunker ner. De första antändningsgnisterna, som fångas upp i detta uppdatering, slår upp något från det stellar centrum.

Denna lilla förskjutning i tändpunkten räcker för att driva en massiv obalans i explosionen. När kärnkraftsförbränningen sprider sig som löpeld, lyfter flytkraften lågan och askan uppåt som ett svampmoln 8, 9, 10 (fig. 1). Den flytande eldklotet kan detonera när den närmar sig kanten på stjärnan 11, 12, 13, eller så kan den spricka ut ur stjärnan och detonera på ytan 14 . Hursomhelst är resultatet lika: den ena sidan av stjärnan är mer fullständigt förbränd och snabbare utvisad än den andra.

Image

Maeda och kollegornas analys 1 av supernova-observationer av typ Ia innebär en sned explosionsmekanism för dessa objekt. I den visade simuleringen antänds initialt en vit dvärg något bort från mitten och en termonukleär flamma börjar konsumera stjärnan. Det brända materialet är varmt och flytande, och så flammar och aska snabbt flyta uppåt, vilket resulterar i att ena sidan av stjärnan förbränns mer fullständigt och snabbare försvinner än den andra. Skala bar, 1 000 km. Bild: UNIV. CHICAGO FLASH CENTER

Bild i full storlek

Sådana lutande explosioner har dykt upp i datorsimuleringar i åratal, men det har varit svårt att se om det är så som de inträffar i den verkliga världen. Supernovorna som vi observerar är, med få undantag, för långa för att kunna lösas och ser från jorden som strukturerade ljuspunkter. Ofta är det ljuset polariserat 15, vilket innebär ett avbrott av sfärisk symmetri, men den exakta formen på skräpmolnet har varit svårt att dra.

Den smarta analysen av Maeda och hans team 1 har nu hjälpt till att utplåna skräpgeometri. Tydligen var tricket bara att vara tålamod. Astronomer, som paparazzi, tenderar att snabbt tappa intresset för utbrända stjärnor som har passerat sin topp och vänder sina kameror för att jaga ett yngre skådespel. Dessa nya resultat kom dock från att följa upp supernovor år efter deras premiär, när de hade bleknat mer än hundra gånger och vid vilken tid skräp hade expanderat till så låga tätheter att de blev genomskinliga. Sedan kikar genom molnet av stellar ask, kan observatören kvantifiera hela materialfördelningen genom hela. Den åldrande supernova kan inte längre dölja sitt andra ansikte.

När Maeda och kollegor 1 sammanställde nya och arkivdata av detta slag för ett stort antal supernovaer - var och en förmodligen sett ur en slumpmässig betraktningsvinkel - kom en enhetlig bild fram. För de snabba supernovorna rörde sig huvuddelen av skräp mot jorden. För låghastighetsmotorerna var det tvärtom - det mesta av skräp flyttade bort. Uppenbarligen var skillnaden inte av slag, utan av perspektiv. Den härledda asymmetrin överensstämmer generellt med den som förväntas från explosioner utanför centrum och kan ge ett sätt att skilja mellan specifika teoretiska modeller.

En sned geometri förklarar inte all mångfald som ses i explosioner av typ Ia. Egenskapen hos några få supernovaer passar inte lätt in i bilden och kan kräva en verkligt annorlunda explosion eller progenitor-kanal 16 . Men åtminstone nu antyder både observationer och teori att mycket av den vanliga variationen beror på asymmetri 17 . Eftersom supernovaer är slumpmässigt orienterade med avseende på Jorden, bör denna effekt införa statistiska (inte systematiska) avvikelser i deras upplevda ljusstyrka. För kosmologer är det tröstande nyheter - observera helt enkelt ett stort antal supernovaer och de är effektivt medelvärdena över alla betraktningsvinklar. Vårt mått på det expanderande universum luras inte av deras skiftande ansikten.

kommentarer

Genom att skicka en kommentar samtycker du till att följa våra villkor och gemenskapens riktlinjer. Om du finner något missbruk eller som inte överensstämmer med våra villkor eller riktlinjer ska du markera det som olämpligt.