Fysikere modellerer supernovaerne, der er et resultat af pulserende supergiganter som Betelgeuse

Betelgeuse har været centrum for betydelig mediebevågenhed på det seneste. Den røde supergigant nærmer sig slutningen af ​​sit liv, og når en stjerne over 10 gange Solens masse dør, det går ud på spektakulær vis. Med sin lysstyrke for nylig faldet til det laveste punkt i de sidste hundrede år, mange rumentusiaster er begejstrede for, at Betelgeuse snart kan blive supernova, eksploderer i et blændende display, der kunne være synligt selv i dagslys.

Mens den berømte stjerne i Orions skulder sandsynligvis vil møde sin død inden for de næste millioner år - praktisk talt et par dage i kosmisk tid - hævder videnskabsmænd, at dens dæmpning skyldes, at stjernen pulserer. Fænomenet er relativt almindeligt blandt røde supergiganter, og Betelgeuse har i årtier været kendt for at være i denne gruppe.

Tilfældigvis, forskere ved UC Santa Barbara har allerede lavet forudsigelser om lysstyrken af ​​supernovaen, der ville resultere, når en pulserende stjerne som Betelgeuse eksploderer.

Fysik kandidatstuderende Jared Goldberg har offentliggjort en undersøgelse med Lars Bildsten, direktør for campus' Kavli Institut for Teoretisk Fysik (KITP) og Gluck professor i fysik, og KITP Senior Fellow Bill Paxton beskriver, hvordan en stjernes pulsering vil påvirke den efterfølgende eksplosion, når den når slutningen. Papiret vises i Astrofysisk tidsskrift .

"Vi ville vide, hvordan det ser ud, hvis en pulserende stjerne eksploderer i forskellige faser af pulsering, sagde Goldberg, en National Science Foundation kandidatforsker. "Tidligere modeller er enklere, fordi de ikke inkluderer de tidsafhængige effekter af pulseringer."

Når en stjerne på størrelse med Betelgeuse endelig løber tør for materiale til at smelte sammen i dens centrum, den mister det ydre tryk, der forhindrede den i at falde sammen under dens egen enorme vægt. Det resulterende kernekollaps sker på et halvt sekund, langt hurtigere, end det tager stjernens overflade og hævede ydre lag at bemærke.

Når jernkernen kollapser, adskilles atomerne til elektroner og protoner. Disse kombineres for at danne neutroner, og i processen frigiver højenergipartikler kaldet neutrinoer. Normalt, neutrinoer interagerer næsten ikke med andet stof - 100 billioner af dem passerer gennem din krop hvert sekund uden en eneste kollision. Det sagt, supernovaer er blandt de mest magtfulde fænomener i universet. Antallet og energierne af de neutrinoer, der produceres i kernekollapset, er så enorme, at selvom kun en lille brøkdel kolliderer med stjernematerialet, det er generelt mere end nok til at starte en chokbølge, der er i stand til at eksplodere stjernen.

Den resulterende eksplosion slår ind i stjernens ydre lag med forbløffende energi, skabe et udbrud, der kortvarigt kan overstråle en hel galakse. Eksplosionen forbliver lys i omkring 100 dage, da strålingen kun kan undslippe, når ioniseret brint rekombinerer med tabte elektroner for at blive neutral igen. Dette foregår udefra og ind, betyder, at astronomer ser dybere ind i supernovaen, som tiden går, indtil lyset fra midten endelig kan undslippe. På det tidspunkt, alt, der er tilbage, er det svage skær fra radioaktivt nedfald, som kan fortsætte med at skinne i årevis.

En supernovas karakteristika varierer med stjernens masse, total eksplosionsenergi og, vigtigt, dens radius. Det betyder, at Betelgeuses pulsering gør det mere kompliceret at forudsige, hvordan det vil eksplodere.

Forskerne fandt ud af, at hvis hele stjernen pulserer i forening - trækker vejret ind og ud, hvis du vil - supernovaen vil opføre sig, som om Betelgeuse var en statisk stjerne med en given radius. Imidlertid, forskellige lag af stjernen kan svinge modsat hinanden:de ydre lag udvider sig, mens de midterste lag trækker sig sammen, og omvendt.

For det simple pulseringstilfælde, holdets model gav lignende resultater som de modeller, der ikke tog højde for pulsering. "Det ligner bare en supernova fra en større stjerne eller en mindre stjerne på forskellige punkter i pulseringen, Goldberg forklarede. "Det er, når du begynder at overveje pulseringer, der er mere komplicerede, hvor der er ting, der flytter ind på samme tid, som ting flytter ud - så producerer vores model faktisk mærkbare forskelle, " han sagde.

I disse tilfælde, forskerne opdagede, at efterhånden som lys siver ud fra gradvist dybere lag af eksplosionen, emissionerne ville se ud som om de var resultatet af supernovaer fra forskellige størrelser stjerner.

"Lyset fra den del af stjernen, der er komprimeret, er svagere, Goldberg forklarede, "ligesom vi ville forvente af en mere kompakt, ikke-pulserende stjerne." I mellemtiden, lys fra dele af stjernen, der udvidede sig på det tidspunkt, ville virke lysere, som om det kom fra en større, ikke-pulserende stjerne.

Goldberg planlægger at indsende en rapport til Research Notes of the American Astronomical Society med Andy Howell, professor i fysik, og KITP postdoc-forsker Evan Bauer opsummerer resultaterne af simuleringer, de kørte specifikt på Betelgeuse. Goldberg arbejder også med KITP postdoc Benny Tsang for at sammenligne forskellige strålingsoverførselsteknikker for supernovaer, og med fysikstuderende Daichi Hiramatsu om at sammenligne teoretiske eksplosionsmodeller med supernovaobservationer.