Supernova-simuleringer afslører, hvordan stjerneeksplosioner former affaldsskyer

Astronomer er nu i en bedre position til at fortolke observationer af supernova-rester takket være computersimuleringer af disse katastrofale begivenheder fra RIKEN-astrofysikere.

Når visse typer stjerner dør, de går ud i et flamme af herlighed - en utrolig kraftig eksplosion kendt som en supernova. En af de mest almindelige former for supernova, type Ia, starter med en tæt hvid dværgstjerne, der har brændt sit brintbrændstof op. Stof, der strømmer fra en ledsagerstjerne, kan sætte gang i en løbsk kernefusionsreaktion i dværgen, udløser en massiv brand, der skaber mange af de tungere elementer i universet. Disse slynges udad i en lysende sky kendt som en rest, som bærer et præg af eksplosionen.

Gilles Ferrand fra RIKEN Astrophysical Big Bang Laboratory og kolleger i Japan og Tyskland har udviklet tredimensionelle computersimuleringer, der genskaber supernovaer. Deres simuleringer involverer to trin:den første modellerer selve supernovaeksplosionen, mens den anden bruger det som input til en model af supernova-resten. "Vores mål er at udforske, hvordan forskellige eksplosionsforhold producerer rester med karakteristiske former og sammensætninger, ligner dem, vi observerer i vores galakse, " forklarer Ferrand.

Holdets seneste simuleringer fokuserer på to aspekter af supernovaer:hvordan eksplosionen antændes inde i en hvid dværg, og hvordan forbrændingen river gennem stjernen. Tændingen kan starte på nogle få steder inde i den hvide dværg, eller den kan udløses på mange punkter samtidigt. I mellemtiden forbrændingen kan være en deflagration - en turbulent ild, der bevæger sig langsommere end den lokale lydhastighed - eller det kan involvere deflagration efterfulgt af supersonisk detonation.

Ved at sætte disse muligheder sammen på forskellige måder, forskerne producerede fire modeller af supernova-rest. "Hver model har sine karakteristiske egenskaber, " siger Ferrand. F.eks. en supernova med få antændelsespunkter og en deflagrationseksplosion producerede en rest med en symmetrisk skal, der var forskudt fra midten af ​​eksplosionen. I modsætning, en simulering med få antændelsespunkter og en detonation frembragte en rest, hvor halvdelen af ​​den ydre skal var dobbelt så tyk som den anden halvdel. Rester fra deflagrationssimuleringerne indeholdt også uventede 'sømme' af tættere materiale.

Disse resultater tyder på, at det bedste tidspunkt at se en supernovas aftryk på dens rest er omkring 100-300 år efter eksplosionen. Dette aftryk er synligt i længere tid i supernovaer med færre antændelsespunkter, og alle resterne i simuleringerne blev samlet set sfæriske inden for 500 år. Disse resultater vil guide astronomer, når de fortolker observationer af supernova-rester.