Tyngre stjerner eksploderer måske ikke som supernovaer, bare stille og roligt implodere i sorte huller

En supernova er en strålende afslutning på en kæmpe stjerne. For et kort øjeblik af kosmisk tid, en stjerne gør en sidste indsats for at blive ved med at skinne, kun at falme og kollapse på sig selv. Slutresultatet er enten en neutronstjerne eller et sort hul med stjernemasse. Vi har generelt troet, at alle stjerner over omkring 10 solmasser vil ende som en supernova, men en ny undersøgelse tyder på, at det ikke er tilfældet.

I modsætning til de berømte Type Ia supernovaer, som kan være forårsaget af sammensmeltning eller interaktion mellem to stjerner, store stjerner gennemgår det, der er kendt som en kerne-kollaps supernova. Stjerner overlever gennem en balance mellem varme og tryk mod tyngdekraften. Efterhånden som flere elementer smeltes sammen, en stor stjerne skal generere varme ved at sammensmelte stadig tungere grundstoffer. Til sidst, dette danner et lag af områder, hvor forskellige elementer er smeltet sammen. Men den kæde kan kun bæres op til jern. Efter det, sammensmeltning af tungere elementer koster dig energi i stedet for at frigive den. Så, kernen kollapser, skaber en chokbølge, der river stjernen fra hinanden.

I modeller af store døende stjerner, kerne-kollaps supernovaer forekommer for stjerner over ni til 10 solmasser, op til omkring 40 til 50 solmasser. Over den masse, stjerner er så massive, at de sandsynligvis kollapser direkte i et sort hul, uden at blive en supernova. Ekstremt massive stjerner, i størrelsesordenen 150 solmasser eller mere, kan eksplodere som en hypernova. Disse udyr eksploderer ikke på grund af et kernekollaps, men snarere en effekt kendt som par ustabilitet, hvor kolliderende fotoner skabt i kernen skaber par af elektroner og positroner.

Denne nye undersøgelse tyder på, at den øvre massegrænse for kerne-kollaps supernovaer kan være meget lavere, end vi troede. Holdet kiggede på grundstoffernes overflod af et par kolliderende galakser kendt som Arp 299. Fordi galakserne er i færd med at kollidere, regionen er et arnested for supernovaer. Som resultat, grundstoffernes overflod af Arp 299 skulle i vid udstrækning være afhængig af de elementer, der blev kastet af i supernovaeksplosioner. De målte overflodsforholdet mellem jern og ilt, og forholdet mellem neon og magnesium og oxygen. De fandt ud af, at Ne/O- og Mg/O-forholdet svarede til solens, mens Fe/O-forholdet var meget lavere end solniveauerne. Jern kastes mest effektivt ind i universet af store supernovaer.

De forhold, som holdet observerede, stemte ikke overens med standard kerne-kollapsmodeller, men de fandt ud af, at dataene matchede supernovamodeller godt, hvis man udelukkede enhver supernova over omkring 23 til 27 solmasser. Med andre ord, hvis stjerner kollapser til sorte huller over omkring 27 solmasser, så stemmer modeller og observationer overens.

Dette arbejde beviser ikke endegyldigt, at den øvre massegrænse for supernovaer er mindre, end vi troede. Det er også muligt, at supernovaer producerer højere niveauer af neon og magnesium, end modeller forudsiger. På den ene eller anden måde, det er klart, at vi stadig har meget at lære om de sidste døende gisp fra store stjerner.