Elektronædende neon får stjerne til at kollapse

Et internationalt hold af forskere har fundet ud af, at neon inde i en bestemt massiv stjerne kan forbruge elektronerne i kernen, en proces kaldet elektronindfangning, hvilket får stjernen til at kollapse til en neutronstjerne og producere en supernova.

Forskerne var interesserede i at studere stjerners endelige skæbne inden for et masseområde på otte til 10 solmasser, eller otte til 10 gange solens masse. Dette masseområde er vigtigt, fordi det omfatter grænsen mellem, om en stjerne har en masse nok til at gennemgå en supernovaeksplosion for at danne en neutronstjerne, eller har en mindre masse til at danne en hvid dværgstjerne uden at blive en supernova.

En stjerne med otte til 10 solmasser danner almindeligvis en kerne bestående af ilt, magnesium og neon (figur 1). Kernen er rig på degenererede elektroner, hvilket betyder, at der er en overflod af elektroner i et tæt rum med høj nok energi til at opretholde kernen mod tyngdekraften. Når kernedensiteten er høj nok, elektronerne forbruges af magnesium og derefter neon, som også findes inde i kernen. Tidligere undersøgelser har bekræftet, at magnesium og neon kan begynde at tære på elektronerne, når kernens masse er vokset tæt på Chandrasekhars begrænsende masse, en proces kaldet elektronindfangning, men der har været debat om, hvorvidt elektronfangst kan forårsage neutronstjernedannelse. Et multi-institutionelt team af forskere studerede udviklingen af ​​en 8,4-solmassestjerne og kørte computersimuleringer på den for at finde et svar.

Brug af nyligt opdaterede data fra Suzuki til tæthedsafhængige og temperaturafhængige elektronfangsthastigheder, de simulerede udviklingen af ​​stjernens kerne, som understøttes af trykket fra degenererede elektroner mod stjernens egen tyngdekraft. Da magnesium og primært neon spiser elektronerne, antallet af elektroner faldt, og kernen krympede hurtigt (figur 2).

Elektronfangsten frigav også varme. Når kernens centrale tæthed oversteg 10 ¹⁰ g/cm ³ , ilt i kernen begyndte at forbrænde materialer i det centrale område af kernen, gør dem til jerngruppekerner som jern og nikkel. Temperaturen blev så varm, at protoner blev frie og undslap. Så blev elektronerne lettere at fange af frie protoner og jerngruppekerner, og tætheden var så høj, at kernen kollapsede uden at frembringe en termonuklear eksplosion.

Med de nye elektronindfangningshastigheder, iltforbrænding fandt sted en smule off-center. Alligevel, kollapset dannede en neutronstjerne og forårsagede en supernovaeksplosion, viser, at der kan opstå en elektronindfangningssupernova.

Et bestemt masseområde af stjerner med otte til 10 solmasser ville danne hvide dværge sammensat af oxygen-magnesium-neon ved kappetab på grund af tab af stjernevindmasse. Hvis vindmassetabet er lille, på den anden side, stjernen gennemgår elektronfangst-supernovaen, som fundet i deres simulering.

Holdet foreslår, at elektronindfangningssupernovaen kunne forklare egenskaberne af supernovaen registreret i 1054, der dannede Krabbetågen, som foreslået af Nomoto et al. i 1982 (figur 3).

Disse resultater blev offentliggjort i The Astrophysical Journal den 15. november, 2019.