Spektakulær UV-blitz kan forklare, hvordan hvide dværge eksploderer

For kun anden gang nogensinde, astrofysikere har set et spektakulært glimt af ultraviolet (UV) lys, der ledsager en hvid dværg-eksplosion.

En yderst sjælden type supernova, begivenheden er klar til at give indsigt i flere langvarige mysterier, herunder hvad der får hvide dværge til at eksplodere, hvordan mørk energi accelererer kosmos og hvordan universet skaber tungmetaller, såsom jern.

"UV-flashen fortæller os noget meget specifikt om, hvordan denne hvide dværg eksploderede, " sagde Northwestern University astrofysiker Adam Miller, der ledede forskningen. "Som tiden går, det eksploderede materiale bevæger sig længere væk fra kilden. Når materialet bliver tyndere, vi kan se dybere og dybere. Efter et år, materialet vil være så tyndt, at vi vil se helt ind til midten af ​​eksplosionen."

På det tidspunkt, Miller sagde, hans hold vil vide mere om, hvordan denne hvide dværg – og alle hvide dværge, som er tætte rester af døde stjerner - eksploderer.

Bladet udkommer den 23. juli i The Astrofysisk tidsskrift .

Miller er fellow i Northwesterns Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics (CIERA) og direktør for Legacy Survey of Space and Time (LSST) Corporation Data Science Fellowship Program.

Fælles begivenhed med et sjældent twist

Ved at bruge Zwicky Transient Facility i Californien, forskere opdagede første gang den ejendommelige supernova i december 2019 - blot en dag efter den eksploderede. Begivenheden, døbt SN2019yvq, fandt sted i en relativt nærliggende galakse beliggende 140 millioner lysår fra Jorden, meget tæt på halen af ​​det drageformede Draco-stjernebillede.

Inden for timer, astrofysikere brugte NASAs Neil Gehrels Swift Observatory til at studere fænomenet i ultraviolette bølgelængder og røntgenstråler. De klassificerede straks SN2019yvq som en Type Ia (udtales "one-A") supernova, en ret hyppig begivenhed, der opstår, når en hvid dværg eksploderer.

"Dette er nogle af de mest almindelige eksplosioner i universet, " sagde Miller. "Men det specielle er denne UV-blitz. Astronomer har søgt efter dette i årevis og aldrig fundet det. Så vidt vi ved, det er faktisk kun anden gang, en UV-blitz er blevet set med en Type Ia supernova."

Heated Mystery

Det sjældne blink, som varede i et par dage, indikerer, at noget inde i eller i nærheden af ​​den hvide dværg var utrolig varmt. Fordi hvide dværge bliver køligere og køligere, når de bliver ældre, varmetilstrømningen undrede astronomer.

"Den enkleste måde at skabe UV-lys på er at have noget, der er meget, meget varm, " sagde Miller. "Vi har brug for noget, der er meget varmere end vores sol - en faktor tre eller fire gange varmere. De fleste supernovaer er ikke så varme, så du ikke får den meget intense UV-stråling. Der skete noget usædvanligt med denne supernova for at skabe et meget varmt fænomen."

Miller og hans team mener, at dette er et vigtigt spor for at forstå, hvorfor hvide dværge eksploderer, som har været et mangeårigt mysterium på området. I øjeblikket, der er flere konkurrerende hypoteser. Miller er især interesseret i at udforske fire forskellige hypoteser, som matcher hans holds dataanalyse fra SN2019yvq.

Potentielle scenarier, der kan få en hvid dværg til at eksplodere med et UV-flash:

1. En hvid dværg spiser sin ledsagerstjerne og bliver så stor og ustabil, at den eksploderer. Den hvide dværgs og ledsagerstjernens materialer støder sammen, forårsager et glimt af UV-emission;
2. Ekstremt varmt radioaktivt materiale i den hvide dværgs kerne blandes med dets ydre lag, får den ydre skal til at nå højere temperaturer end normalt;
3. Et ydre lag af helium antænder kulstof i den hvide dværg, forårsager en ekstrem varm dobbelteksplosion og et UV-flash;
4. To hvide dværge smelter sammen, udløser en eksplosion med kolliderende ejekta, der udsender UV-stråling.

"Inden for et år, "Miller sagde, "Vi vil være i stand til at finde ud af, hvilken af ​​disse fire der er den mest sandsynlige forklaring."

Jordskælvende indsigt

Når forskerne ved, hvad der forårsagede eksplosionen, de vil anvende disse resultater til at lære mere om planetdannelse og mørk energi.

Fordi det meste af jernet i universet er skabt af Type Ia supernovaer, en bedre forståelse af dette fænomen kunne fortælle os mere om vores egen planet. Jern fra eksploderede stjerner, for eksempel, dannede kernen af ​​alle klippeplaneter, inklusive Jorden.

"Hvis du vil forstå, hvordan Jorden blev dannet, du skal forstå, hvor jern kom fra, og hvor meget jern der var brug for, " sagde Miller. "Forståelse af måderne, hvorpå en hvid dværg eksploderer, giver os en mere præcis forståelse af, hvordan jern skabes og fordeles i hele universet."

Oplysende mørk energi

Hvide dværge spiller allerede en enorm rolle i fysikeres nuværende forståelse af mørk energi. Fysikere forudser, at hvide dværge alle har den samme lysstyrke, når de eksploderer. Så Type Ia supernovaer betragtes som "standardlys, giver astronomer mulighed for at beregne præcis, hvor langt eksplosionerne ligger fra Jorden. Brug af supernovaer til at måle afstande førte til opdagelsen af ​​mørk energi, et fund anerkendt med Nobelprisen i fysik i 2011.

"Vi har ikke en direkte måde at måle afstanden til andre galakser på, " Miller forklarede. "De fleste galakser bevæger sig faktisk væk fra os. Hvis der er en Type Ia supernova i en fjern galakse, vi kan bruge det til at måle en kombination af afstand og hastighed, der giver os mulighed for at bestemme universets acceleration. Mørk energi forbliver et mysterium. Men disse supernovaer er den bedste måde at undersøge mørk energi på og forstå, hvad det er."

Og ved bedre at forstå hvide dværge, Miller mener, at vi potentielt bedre kan forstå mørk energi, og hvor hurtigt det får universet til at accelerere.

"I øjeblikket, når man måler afstande, vi behandler alle disse eksplosioner som ens, men vi har god grund til at tro, at der er flere eksplosionsmekanismer, " sagde han. "Hvis vi kan bestemme den nøjagtige eksplosionsmekanisme, vi tror, ​​vi bedre kan adskille supernovaerne og foretage mere præcise afstandsmålinger."