Keplers supernova-rest:Affald fra stjerneeksplosion blev ikke bremset efter 400 år

Astronomer har brugt NASAs Chandra X-ray Observatory til at registrere materiale, der sprænger væk fra stedet for en eksploderet stjerne med hastigheder hurtigere end 20 millioner miles i timen. Det er omkring 25, 000 gange hurtigere end lydens hastighed på Jorden.

Keplers supernovarest er resterne fra en detoneret stjerne, der er placeret omkring 20, 000 lysår væk fra Jorden i vores Mælkevejsgalakse. I 1604, tidlige astronomer, inklusive Johannes Kepler, der blev objektets navnebror, så supernovaeksplosionen, der ødelagde stjernen.

Vi ved nu, at Keplers supernovarest er efterspillet af en såkaldt Type Ia supernova, hvor en lille tæt stjerne, kendt som en hvid dværg, overskrider en kritisk massegrænse efter at have interageret med en ledsagerstjerne og gennemgår en termonuklear eksplosion, der knuser den hvide dværg og sender dens rester udad.

Den seneste undersøgelse sporede hastigheden af ​​15 små "knuder" af affald i Keplers supernova-rest, alle gløder i røntgenstråler. Den hurtigste knude blev målt til at have en hastighed på 23 millioner miles i timen, den højeste hastighed, der nogensinde er opdaget af supernova-rester i røntgenstråler. Den gennemsnitlige hastighed af knobene er omkring 10 millioner miles i timen, og eksplosionsbølgen udvider sig med omkring 15 millioner miles i timen. Disse resultater bekræfter uafhængigt 2017-opdagelsen af ​​knob, der rejser med hastigheder på mere end 20 millioner miles i timen i Keplers supernova-rest.

Forskere i den seneste undersøgelse estimerede knudernes hastigheder ved at analysere Chandra røntgenspektre, som giver intensiteten af ​​røntgenstråler ved forskellige bølgelængder, opnået i 2016. Ved at sammenligne bølgelængderne af funktioner i røntgenspektret med laboratorieværdier og bruge Doppler-effekten, de målte hastigheden af ​​hver knude langs sigtelinjen fra Chandra til resten. De brugte også Chandra-billeder opnået i 2000, 2004, 2006 og 2014 for at registrere ændringer i knudernes position og måle deres hastighed vinkelret på vores sigtelinje. Disse to målinger kombineret for at give et skøn over hver knudes sande hastighed i tredimensionelt rum. En grafik giver en visuel forklaring på, hvordan bevægelser af knuder i billederne og røntgenspektrene blev kombineret for at estimere de samlede hastigheder.

Arbejdet i 2017 anvendte den samme generelle teknik som det nye studie, men brugte røntgenspektre fra et andet instrument på Chandra. Dette betød, at den nye undersøgelse havde mere præcise bestemmelser af knudens hastigheder langs sigtelinjen og, derfor, de samlede hastigheder i alle retninger.

I denne nye sekvens af de fire Chandra-billeder af Keplers supernova-rest, rød, grøn, og blå afslører det lave, medium, henholdsvis højenergi røntgenstråler. Filmen zoomer ind for at vise flere af de hurtigst bevægende knob.

De høje hastigheder i Kepler ligner dem, forskerne har set i optiske observationer af supernovaeksplosioner i andre galakser kun dage eller uger efter eksplosionen, længe før en supernova-rest dannes årtier senere. Denne sammenligning indebærer, at nogle knob i Kepler næppe er blevet bremset af kollisioner med materiale omkring resterne i de omkring 400 år siden eksplosionen.

Baseret på Chandra-spektrene, otte af de 15 knob bevæger sig bestemt væk fra Jorden, men kun to er bekræftet i at bevæge sig hen imod det. (De andre fem viser ikke en klar bevægelsesretning langs vores synslinje.) Denne asymmetri i knudernes bevægelse indebærer, at affaldet muligvis ikke er symmetrisk langs vores synslinje, men flere knob skal studeres for at bekræfte dette resultat.

De fire knob med de højeste samlede hastigheder er alle placeret langs et vandret bånd med lys røntgenstråling. Tre af dem er mærket i et nærbillede. Disse fire knob bevæger sig alle i en lignende retning og har lignende mængder af elementer såsom silicium, hvilket tyder på, at stoffet i alle disse knob stammer fra det samme lag af den eksploderede hvide dværg.

En af de andre hurtigst bevægende knuder er placeret i "øret" på højre side af resten, understøtter den spændende idé om, at den tredimensionelle form af affaldet er mere som en fodbold end en ensartet kugle. Denne knude og to andre er mærket med pile i et nærbillede.

Forklaringen på højhastighedsmaterialet er uklar. Nogle videnskabsmænd har foreslået, at Keplers supernova-rest er fra en usædvanlig kraftig Type Ia, hvilket kan forklare det hurtigt bevægelige materiale. Det er også muligt, at det umiddelbare miljø omkring resten i sig selv er klumpet, hvilket kunne tillade noget af affaldet at tunnelere gennem områder med lav tæthed og undgå at blive bremset meget.

2017-holdet brugte også deres data til at forfine tidligere estimater af placeringen af ​​supernovaeksplosionen. Dette gjorde det muligt for dem at søge efter en ledsager til den hvide dværg, der muligvis er blevet efterladt efter supernovaen, og lær mere om, hvad der udløste eksplosionen. De fandt en mangel på klare stjerner nær midten af ​​resten. Dette indebar, at en stjerne som Solen ikke donerede materiale til den hvide dværg, før den nåede kritisk masse. En fusion mellem to hvide dværge foretrækkes i stedet.

De nye resultater er blevet rapporteret i et papir ledet af Matthew Millard, fra University of Texas i Arlington, og udgivet den 20. april, 2020 udgave af Astrofysisk tidsskrift .

Et papir af Toshiki Sato og Jack Hughes rapporterede opdagelsen af ​​hurtigt bevægende knob i Keplers supernova-rest og blev offentliggjort den 20. 2017 udgave af The Astrofysisk tidsskrift .