Kosmiske stråler hjælper supernovaeksplosioner med at give et større slag

Den sidste fase af katastrofale eksplosioner af døende massive stjerner, kaldet supernovaer, kunne pakke et op til seks gange større slag på den omgivende interstellare gas ved hjælp af kosmiske stråler, ifølge en ny undersøgelse ledet af forskere ved University of Oxford. Arbejdet vil blive præsenteret af ph.d. studerende Francisco Rodríguez Montero i dag (19. juli) ved det virtuelle National Astronomy Meeting (NAM 2021).

Når supernovaer eksploderer, de udsender lys og milliarder af partikler ud i rummet. Mens lyset frit kan nå os, partikler bliver fanget i spiralsløjfer af magnetiske chokbølger genereret under eksplosionerne. Krydser frem og tilbage gennem stødfronter, disse partikler accelereres næsten til lysets hastighed og, ved at undslippe supernovaerne, menes at være kilden til den mystiske form for stråling kendt som kosmiske stråler.

På grund af deres enorme hastighed, kosmiske stråler oplever stærke relativistiske virkninger, effektivt at miste mindre energi end almindeligt stof og give dem mulighed for at rejse store afstande gennem en galakse. Langs vejen, de påvirker energien og strukturen af ​​interstellar gas på deres vej og kan spille en afgørende rolle i at standse dannelsen af ​​nye stjerner i tætte gaslommer. Imidlertid, til dato, indflydelsen af ​​kosmiske stråler i galakseudviklingen er ikke blevet godt forstået.

I den første højopløselige numeriske undersøgelse af sin art, holdet kørte simuleringer af udviklingen af ​​chokbølgerne, der stammer fra supernovaeksplosioner over flere millioner år. De fandt ud af, at kosmiske stråler kan spille en afgørende rolle i de sidste stadier af en supernovas udvikling og dens evne til at injicere energi i den galaktiske gas, der omgiver den.

Rodríguez Montero forklarer, at "i første omgang, tilføjelsen af ​​kosmiske stråler ser ikke ud til at ændre, hvordan eksplosionen udvikler sig. Alligevel, når supernovaen når det stadie, hvor den ikke kan få mere momentum fra omdannelsen af ​​supernovaens termiske energi til kinetisk energi, vi fandt ud af, at kosmiske stråler kan give et ekstra skub til gassen, hvilket giver mulighed for, at det endelige momentum kan være op til 4-6 gange højere end tidligere forudsagt."

Resultaterne tyder på, at gasudstrømning drevet fra det interstellare medium ind i den omgivende tynde gas, eller cirkumgalaktisk medium, vil være dramatisk mere massiv end tidligere anslået.

I modsætning til state-of-the-art teoretiske argumenter, simuleringerne tyder også på, at det ekstra skub fra kosmiske stråler er mere betydningsfuldt, når massive stjerner eksploderer i lavdensitetsmiljøer. Dette kunne lette skabelsen af ​​superbobler drevet af successive generationer af supernovaer, fejer gas fra det interstellare medium og ventilerer det ud af galaktiske skiver.

Rodríguez Montero tilføjer, at deres "resultater er et første kig på den ekstraordinære nye indsigt, som kosmiske stråler vil give vores forståelse af galaksedannelsens komplekse natur."