Voldelig kollision af massiv supernova med omgivende gas driver superluminable supernovaer

I et unikt studie, et internationalt team af forskere, inklusive medlemmer fra Kavli Institut for Fysik og Matematik i Universet (Kavli IPMU) simulerede de voldsomme kollisioner mellem supernovaer og dens omgivende gas - som udskydes før en supernovaeksplosion, derved afgiver en ekstrem lysstyrke.

Mange supernovaer er blevet opdaget i det sidste årti med en maksimal lysstyrke en til to størrelsesordener højere end for normale supernovaer af kendte typer. Disse stjerneeksplosioner kaldes Superluminous Supernovae (SLSNe).

Nogle af dem har brint i deres spektre, mens nogle andre viser mangel på brint. Sidstnævnte kaldes Type I, eller brintfattig, SLSNe-I. SLSNe-I udfordrer teorien om stjernernes evolution, da selv normale supernovaer endnu ikke er helt forstået ud fra første principper.

Ledet af Sternberg Astronomical Institute-forsker Elena Sorokina, som var gæsteforsker ved Kavli IPMU, og Kavli IPMU Principal Investigator Ken'ichi Nomoto, videnskabelig associeret Sergei Binnikov, samt projektforsker Alexey Tolstov, holdet udviklede en model, der kan forklare en lang række observerede lyskurver for SLSNe-I i et scenarie, der kræver meget mindre energi end andre foreslåede modeller.

Modellerne, der demonstrerer begivenhederne med det minimale energibudget, involverer flere udslyngninger af masse i presupernova-stjerner. Massetab og opbygning af kuverter omkring massive stjerner er generiske træk ved stjernernes udvikling. Normalt, disse konvolutter er ret fortyndede, og de ændrer ikke væsentligt lyset produceret i størstedelen af ​​supernovaer.

I nogle tilfælde, store mængder masse udstødes blot få år før den endelige eksplosion. Derefter, "skyerne" omkring supernovaer kan være ret tætte. De chokbølger, der produceres ved kollisioner af supernova-udstødninger og de tætte skaller, kan give den nødvendige lysstyrke til at gøre supernovaen meget lysere end en "nøgen" supernova uden forud-udskudt omgivende materiale.

Denne klasse af modellerne omtales som "interagerende" supernovaer. Forfatterne viser, at det interagerende scenarie er i stand til at forklare både hurtigt og langsomt falmende SLSNe-I, så det store udvalg af disse spændende lyse objekter kan i virkeligheden være næsten almindelige supernovaer placeret i ekstraordinære omgivelser.

En anden ekstraordinaritet er den kemiske sammensætning, der forventes for de cirkumstellare "skyer". Normalt, stjernevind består for det meste af brint, fordi alle termonukleare reaktioner sker i midten af ​​en stjerne, mens de ydre lag er hydrogenholdige.

I tilfælde af SLSNe-I, situationen må være anderledes. Stamstjernen skal miste sin brint og en stor del af helium i god tid før eksplosionen, så et par måneder til et par år før eksplosionen, det udstøder for det meste kulstof og ilt, og derefter eksplodere inde i den tætte CO-sky. Kun denne sammensætning kan forklare de spektrale og fotometriske træk ved observeret brintfattig SLSNe i det interagerende scenarie.

Det er en udfordring for stjerneudviklingsteorien at forklare oprindelsen af ​​sådanne brint- og heliumfattige stamceller og det meget intensive massetab af CO-materiale lige før den endelige eksplosion af stjernen. Disse resultater er blevet offentliggjort i et papir, der er accepteret af The Astrofysisk tidsskrift .