Spøgelser fra gamle eksplosioner lever videre i stjerner i dag

Når den er lille, tætte stjerner kaldet hvide dværge eksploderer, de producerer lyse, kortvarige udbrud kaldet Type Ia supernovaer. Disse supernovaer er informative kosmologiske markører for astronomer - f.eks. de blev brugt til at bevise, at universet accelererer i sin udvidelse.

Hvide dværge er ikke alle ens, lige fra halvdelen af ​​vores sols masse til næsten 50 procent mere massiv end vores sol. Nogle eksploderer i Type Ia supernovaer; andre dør simpelthen stille og roligt. Nu, ved at studere "fossilerne" af længe eksploderede hvide dværge, Caltech-astronomer har fundet ud af, at tidligt i universet, hvide dværge eksploderede ofte med lavere masser, end de gør i dag. Denne opdagelse indikerer, at en hvid dværg kan eksplodere af en række forskellige årsager, og behøver ikke nødvendigvis at nå en kritisk masse, før den eksploderer.

Et papir om forskningen, ledet af Evan Kirby, adjunkt i astronomi, vises i Astrofysisk tidsskrift .

Nær slutningen af ​​deres liv, et flertal af stjerner som vores sol svindler ned i mørke, tætte hvide dværge, med hele deres masse pakket ind i et rum på størrelse med Jorden. Sommetider, hvide dværge eksploderer i det, der kaldes en Type Ia (udtales en-A) supernova.

Det er usikkert, hvorfor nogle hvide dværge eksploderer, mens andre ikke gør. I begyndelsen af ​​1900-tallet, en astrofysiker ved navn Subrahmanyan Chandrasekhar beregnede, at hvis en hvid dværg havde mere end 1,4 gange vores sols masse, det ville eksplodere i en Type Ia supernova. Denne messe blev døbt Chandrasekhar-messen. Selvom Chandrasekhars beregninger gav én forklaring på, hvorfor nogle mere massive hvide dværge eksploderer, den forklarede ikke, hvorfor andre hvide dværge mindre end 1,4 solmasser også eksploderer.

At studere Type Ia supernovaer er en tidsfølsom proces; de blusser ind i eksistensen og forsvinder tilbage i mørket alt sammen inden for få måneder. At studere for længst forsvundne supernovaer og de hvide dværge, der producerede dem, Kirby og hans team bruger en teknik, som i daglig tale kaldes galaktisk arkæologi.

Galaktisk arkæologi er processen med at lede efter kemiske signaturer af eksplosioner i andre stjerner. Når en hvid dværg eksploderer i en Type Ia supernova, det forurener sit galaktiske miljø med elementer, der er smedet i eksplosionen - tunge elementer som nikkel og jern. Jo mere massiv en stjerne er, når den eksploderer, jo flere tunge grundstoffer vil der blive dannet i supernovaen. Derefter, disse elementer bliver inkorporeret i enhver nydannende stjerner i det område. Ligesom fossiler i dag giver ledetråde om dyr, der længe er holdt op med at eksistere, mængderne af nikkel i stjerner illustrerer, hvor massive deres længe eksploderede forgængere må have været.

Ved at bruge Keck II-teleskopet, Kirby og hans team så først på visse gamle galakser, dem, der løb tør for materiale til at danne stjerner i de første milliard år af universets liv. De fleste af stjernerne i disse galakser, holdet fandt, havde relativt lavt nikkelindhold. Dette betød, at de eksploderede hvide dværge, der gav dem det nikkel, må have været relativt lav masse - omtrent lige så massiv som solen, lavere end Chandrasekhar-massen.

Endnu, forskerne fandt ud af, at nikkelindholdet var højere i nyere dannede galakser, hvilket betyder, at efterhånden som der gik mere tid siden Big Bang, hvide dværge var begyndt at eksplodere ved højere masser.

"Vi fandt ud af, at i det tidlige univers, hvide dværge eksploderede med lavere masser end senere i universets levetid, " siger Kirby. "Det er stadig uklart, hvad der har drevet denne ændring."

Det er vigtigt at forstå de processer, der resulterer i Type Ia supernovaer, fordi selve eksplosionerne er nyttige værktøjer til at foretage målinger af universet. Uanset hvordan de eksploderede, de fleste Type Ia supernovaer følger et velkarakteriseret forhold mellem deres lysstyrke og den tid, det tager for dem at falme.

"Vi kalder Type Ia supernovaer 'standardiserbare stearinlys." Hvis du ser på et stearinlys på afstand, det vil se mere svagt ud, end når det er tæt på. Hvis du ved, hvor lyst det skal være tæt på, og du måler hvor lyst det er på afstand, du kan beregne den afstand, " siger Kirby. "Type Ia supernovaer har været meget nyttige til at beregne ting som udvidelseshastigheden af ​​universet. Vi bruger dem hele tiden i kosmologien. Så, det er vigtigt at forstå, hvor de kommer fra og karakterisere de hvide dværge, der genererer disse eksplosioner."

De næste trin er at studere andre elementer end nikkel, i særdeleshed, mangan. Manganproduktion er meget følsom over for massen af ​​supernovaen, der producerer den, og giver derfor en præcis måde at validere de konklusioner, der drages af nikkelindholdet.

Papiret har titlen "Beviser for sub-Chandrasekhar Type Ia Supernovaer fra stjernernes overflod i dværggalakser."