Hjerte af en eksploderet stjerne observeret i 3D

Supernovaer - de voldsomme afslutninger på massive stjerners korte, men strålende liv - er blandt de mest katastrofale begivenheder i kosmos. Selvom supernovaer markerer stjernernes død, de udløser også fødslen af ​​nye grundstoffer og dannelsen af ​​nye molekyler.

I februar 1987 astronomer så en af ​​disse begivenheder udspille sig inde i den store magellanske sky, en lille dværggalakse beliggende omkring 160, 000 lysår fra Jorden.

I løbet af de næste 30 år, observationer af resterne af den eksplosion afslørede aldrig før set detaljer om stjerners død og hvordan atomer skabes i disse stjerner-som kulstof, ilt, og nitrogen - spildes ud i rummet og kombineres for at danne nye molekyler og støv. Disse mikroskopiske partikler kan i sidste ende finde vej til fremtidige generationer af stjerner og planeter.

For nylig, astronomer brugte Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) til at undersøge hjertet af denne supernova, navngivet SN 1987A. ALMAs evne til at se bemærkelsesværdigt fine detaljer gjorde det muligt for forskerne at producere en indviklet 3D-gengivelse af nydannede molekyler inde i supernova-resten. Disse resultater er offentliggjort i Astrofysiske journalbreve .

Forskerne opdagede også en række tidligere uopdagede molekyler i resten. Disse resultater vises i Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society .

"Da denne supernova eksploderede, nu for mere end 30 år siden, astronomer vidste meget mindre om den måde, disse begivenheder omformer interstellar rum, og hvordan det varme, glødende affald fra en eksploderet stjerne afkøles til sidst og producerer nye molekyler, "sagde Rémy Indebetouw, en astronom ved University of Virginia og National Radio Astronomy Observatory (NRAO) i Charlottesville. "Tak til ALMA, vi kan endelig se koldt 'stjernestøv', som det dannes, afslører vigtig indsigt i selve den originale stjerne og den måde, supernovaer skaber planeternes grundlæggende byggesten."

Astronomer, der brugte ALMA-data, skabte et 3D-billede af molekyler smedet i resterne af en supernova, SN 1987A. De lilla områder angiver placeringen af ​​siliciummonoxid (SiO) molekyler. Det gule område er placeringen af ​​kulilte (CO) molekyler. Den blå ring er faktiske Hubble -data (brint, eller H-alfa), der kunstigt er blevet ekspanderet til 3D. Kredit:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), R. Indebetouw; NASA/ESA Hubble

Supernovaer - Stjernedød til støvfødsel

Forud for igangværende undersøgelser af SN 1987A, der var kun så meget astronomer kunne sige om virkningen af ​​supernovaer på deres interstellare kvarterer.

Man forstod godt, at massive stjerner, 10 gange massen af ​​vores sol eller mere, sluttede deres liv på spektakulær vis.

Når disse stjerner løber tør for brændstof, der er ikke længere nok varme og energi til at kæmpe tilbage mod tyngdekraften. Stjernens yderste rækkevidde, engang holdt op af fusionskraften, kom så ned på kernen med enorm kraft. Rebound af dette kollaps udløser en kraftig eksplosion, der sprænger materiale ud i rummet.

Som endepunktet for massive stjerner, forskere har lært, at supernovaer har vidtrækkende virkninger på deres hjemlige galakser. "Grunden til at nogle galakser har det udseende, som de gør i dag, er i høj grad på grund af de supernovaer, der har fundet sted i dem, "Indebetouw sagde." Selvom mindre end ti procent af stjernerne bliver til supernovaer, de er ikke desto mindre nøglen til udviklingen af ​​galakser."

Denne videnskabelige visualisering illustrerer udviklingen af ​​Supernova 1987A fra den første opsvulmning af værtsstjernen og supernovaeksplosionen til den ekspanderende chokbølge og dannelsen af ​​molekyler detekteret af ALMA i resten. Kredit:A. Angelich og B. Saxton, NRAO/AUI/NSF; R. Indebetouw et al., A. Angelich (NRAO/AUI/NSF); NASA/STScI/CfA/R. Kirshner; NASA/CXC/SAO/PSU/D. Burrows et al.; ESO; NASA/CXC/D.Berry/MIT/T.Delaney et al .; NASA/Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab; ESO/C. Malin/B. Tafreshi/José Francisco Salgado. Musik:Geodesium

I hele det observerbare univers, supernovaer er ret almindelige, men da de i gennemsnit optræder cirka en gang hvert 50. år i en galakse på størrelse med Mælkevejen, astronomer har dyrebare få muligheder for at studere en fra dens første detonation til det punkt, hvor den afkøles nok til at danne nye molekyler. Selvom SN 1987A ikke er i vores hjemmegalakse, det er stadig tæt nok til, at ALMA og andre teleskoper kan studere i detaljer.

Optagelse af 3D-billede af SN1987A med ALMA

I årtier, radio, optisk, og endda røntgenobservatorier har undersøgt SN 1987A, men tilsløring af støv i resterne gjorde det svært at analysere supernovaens inderste kerne. ALMAs evne til at observere ved millimeterbølgelængder - et område i det elektromagnetiske spektrum mellem infrarødt og radiolys - gør det muligt at se gennem det mellemliggende støv. Forskerne var derefter i stand til at studere forekomsten og placeringen af ​​nydannede molekyler - især siliciummonoxid (SiO) og kulilte (CO), som skinner klart ved de korte submillimeter bølgelængder, som ALMA kan opfatte.

Det nye ALMA -billede og animation viser store nye butikker af SiO og CO på diskrete, sammenfiltrede klumper inden for kernen i SN 1987A. Forskere har tidligere modelleret, hvordan og hvor disse molekyler ville vises. med ALMA, forskerne var endelig i stand til at tage billeder med høj nok opløsning til at bekræfte strukturen inde i resterne og teste disse modeller.

Bortset fra at få dette 3-D billede af SN 1987A, ALMA-dataene afslører også overbevisende detaljer om, hvordan dets fysiske forhold har ændret sig og fortsætter med at ændre sig over tid. Disse observationer giver også indsigt i de fysiske ustabilitet inde i en supernova.

Ny indsigt fra SN 1987A

Tidligere observationer med ALMA bekræftede, at SN 1987A producerede en enorm mængde støv. De nye observationer giver endnu flere detaljer om, hvordan supernovaen lavede støvet samt typen af ​​molekyler, der findes i resterne.

"Et af vores mål var at observere SN 1987A i en blind søgning efter andre molekyler, " sagde Indebetouw. "Vi forventede at finde kulilte og siliciummonoxid, siden vi tidligere havde opdaget disse molekyler. "Astronomerne, imidlertid, var spændte på at finde de tidligere uopdagede molekyler formylkation (HCO+) og svovlmonoxid (SO).

"Disse molekyler var aldrig blevet opdaget i en ung supernova-rest før, "noteret Indebetouw." HCO+ er især interessant, fordi dets dannelse kræver særlig kraftig blanding under eksplosionen. "Stjerner smeder elementer i diskrete løglignende lag. Når en stjerne går supernova, disse engang veldefinerede bånd undergår voldsom blanding, bidrage til at skabe det nødvendige miljø for molekyle- og støvdannelse.

Astronomerne vurderer, at omkring 1 ud af 1000 siliciumatomer fra den eksploderede stjerne nu findes i fritsvævende SiO-molekyler. Det overvældende flertal af silicium er allerede blevet inkorporeret i støvkorn. Selv den lille mængde SiO, der er til stede, er 100 gange større end forudsagt af støvdannelsesmodeller. Disse nye observationer vil hjælpe astronomer med at forfine deres modeller.

Disse observationer finder også, at ti procent eller mere af kulstoffet inde i resterne i øjeblikket er i CO-molekyler. Kun få ud af hver million kulstofatomer er i HCO+ -molekyler.

Nye spørgsmål og fremtidig forskning

Selvom de nye ALMA-observationer kaster vigtigt lys over SN 1987A, der er stadig flere spørgsmål tilbage. Præcis hvor rigelige er molekylerne af HCO+ og SO? Er der andre molekyler, der endnu ikke skal påvises? Hvordan vil 3D-strukturen i SN 1987A fortsat ændre sig over tid?

Fremtidige ALMA-observationer ved forskellige bølgelængder kan også hjælpe med at bestemme, hvilken slags kompakt objekt - en pulsar- eller neutronstjerne - der befinder sig i midten af ​​resten. Supernovaen har sandsynligvis skabt et af disse tætte stjerneabjekter, men der er endnu ikke fundet nogen.