En stjernes klumpet og klumpet død

I 1572, Den danske astronom Tycho Brahe var blandt dem, der lagde mærke til et nyt lysende objekt i stjernebilledet Cassiopeia. Føjer brændstof til den intellektuelle ild, som Copernicus startede, Tycho viste, at denne "nye stjerne" var langt ude over Månen, og at det var muligt for universet bag Solen og planeterne at ændre sig.

Astronomer ved nu, at Tychos nye stjerne slet ikke var ny. Det signalerede snarere døden af ​​en stjerne i en supernova, en eksplosion så kraftig, at den kan overstråle lyset fra en hel galakse. Denne særlige supernova var en type Ia, som opstår når en hvid dværgstjerne trækker materiale fra, eller smelter sammen med, en ledsagerstjerne i nærheden, indtil en voldelig eksplosion udløses. Den hvide dværgstjerne er udslettet, sender dets affald farende ud i rummet.

Som med mange supernova-rester, Tycho supernova-resten, som det er kendt i dag (eller "Tycho, " for kort), lyser klart i røntgenlys, fordi chokbølger - svarende til soniske boom fra supersoniske fly - genereret af stjerneeksplosionen varmer stjerneaffaldet op til millioner af grader. I sine to årtiers drift, NASAs Chandra X-ray Observatory har taget uovertrufne røntgenbilleder af mange supernova-rester.

Chandra afslører et spændende mønster af lyse klumper og svagere områder i Tycho. Hvad forårsagede dette krat af knob i kølvandet på denne eksplosion? Forårsagede selve eksplosionen denne klumpethed, eller var det noget der skete bagefter?

Dette seneste billede af Tycho fra Chandra giver spor. For at understrege klumperne i billedet og Tychos tredimensionelle natur, forskere udvalgte to snævre områder af røntgenenergier til at isolere materiale (silicium, farvet rød) bevæger sig væk fra Jorden, og bevæger sig mod os (også silicium, farvet blå). De andre farver i billedet (gul, grøn, blågrøn, orange og lilla) viser en bred vifte af forskellige energier og elementer, og en blanding af bevægelsesretninger. I dette nye sammensatte billede, Chandras røntgendata er blevet kombineret med et optisk billede af stjernerne i samme synsfelt fra Digitalized Sky Survey.

Ved at sammenligne Chandra-billedet af Tycho med to forskellige computersimuleringer, forskere var i stand til at teste deres ideer mod faktiske data. En af simuleringerne begyndte med klumpet affald fra eksplosionen. Den anden startede med glat snavs fra eksplosionen, og så dukkede klumpheden op bagefter, mens supernova-resten udviklede sig, og små uregelmæssigheder blev forstørret.

En statistisk analyse ved hjælp af en teknik, der er følsom over for antallet og størrelsen af ​​klumper og huller i billeder, blev derefter brugt. Sammenligning af resultater for Chandra og simulerede billeder, videnskabsmænd fandt ud af, at Tycho-supernova-resten meget ligner et scenarie, hvor klumperne kom fra selve eksplosionen. Selvom forskerne ikke er sikre på hvordan, en mulighed er, at stjernens eksplosion havde flere tændingspunkter, som dynamitpinde, der sættes af samtidigt forskellige steder.

Det er vigtigt at forstå detaljerne om, hvordan disse stjerner eksploderer, fordi det kan forbedre pålideligheden af ​​brugen af ​​Type Ia supernovas "standardlys" - dvs. genstande med kendt iboende lysstyrke, som videnskabsmænd kan bruge til at bestemme deres afstand. Dette er meget vigtigt for at studere universets udvidelse. Disse supernovaer drysser også med elementer som jern og silicium, som er afgørende for livet, som vi kender det, ind i den næste generation af stjerner og planeter.

Et papir, der beskriver disse resultater, udkom den 10. juli, 2019 udgave af The Astrofysisk tidsskrift og er tilgængelig online. Forfatterne er Toshiki Sato (RIKEN i Saitama, Japan, og NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland), John (Jack) Hughes (Rutgers University i Piscataway, New Jersey), Brian Williams, (NASAs Goddard Space Flight Center), og Mikio Morii (Instituttet for Statistisk Matematik i Tokyo, Japan).

Et andet hold af astronomer, ledet af Gilles Ferrand fra RIKEN i Saitama, Japan, har konstrueret deres egne tredimensionelle computermodeller af en Type Ia supernova-rest, som den ændrer sig med tiden. Deres arbejde viser, at indledende asymmetrier i den simulerede supernovaeksplosion er påkrævet, så modellen af ​​den efterfølgende supernova-rest ligner Chandra-billedet af Tycho, i en lignende alder. Denne konklusion ligner den, Sato og hans team har lavet.

Et papir, der beskriver resultaterne af Ferrand og medforfattere, udkom den 1. juni, 2019 udgave af The Astrofysisk tidsskrift og er tilgængelig online.