Znalezienie odpowiedniego rodzaju eksplozji

Supernowe typu Ia są kamieniem milowym w pomiarach odległości pozagalaktycznych, dlatego ważne jest, abyśmy dobrze je rozumieli. W tej chwili naukowcy są prawie pewni, że supernowe typu Ia są wynikiem eksplozji białych karłów. Jednak sposób, w jaki one wybuchają, jest wciąż kwestią otwartą.

Mechanizm powstawania supernowych typu Ia, w których biały karzeł akreuje masę od towarzysza (górny panel) aż do wybuchu jako supernowa (dolny panel). Źródło: NASA/CXC/M. Weiss

Aby biały karzeł eksplodował
Białe karły są pozostałościami po gwiazdach o stosunkowo niskiej masie, takich jak nasze Słońce. Są to w zasadzie odsłonięte jądra gwiazd, zwykle zdominowane przez węgiel i tlen, z zewnętrzną warstwą helu. Białe karły nie wytwarzają własnej energii. Zamiast tego, po prostu stygną, powoli wypromieniowując resztki energii pozostałej z czasów, gdy były częścią gwiazdy.

Jak więc sprawić, by coś takiego jak biały karzeł eksplodowało? Wystarczy dodanie masy! Jeżeli biały karzeł zgromadzi wystarczająco dużo materii od swojego towarzysza, może zbliżyć się do granicy Chandrasekhara wynoszącej 1,4 masy Słońca i eksplodować. Proces ten wydaje się dość prosty, ale okazuje się, że istnieje kilka potencjalnych sposobów na eksplozję białego karła.

Jeden ze scenariuszy zakłada „podwójną detonację”, w której helowa powłoka białego karła wybucha, wywołując następnie detonację węglowego jądra. Inny scenariusz rozważa układ podwójny białych karłów, w którym jeden akreuje materię i eksploduje, odrzucając drugiego.

Co ciekawe, obserwacje sugerują, że kombinacja tych dwóch scenariuszy – podwójny wybuch w układzie podwójnym białych karłów – może być prawdopodobnym protoplastą wielu supernowych typu Ia. Ważnym ograniczeniem w tym modelu jest to, że masa eksplodującego białego karła pozostaje już poniżej granicy Chandrasekhara.

Mając to na uwadze, grupa badaczy pod kierownictwem Kena Shen (Uniwersytet Kalifornijski w Berkeley) rozważała scenariusze wybuchów poniżej masy Chandrasekhara, z trudnym, ale realistycznym założeniem: że lokalna równowaga termodynamiczna (LTE) nie jest zachowana.

Eksplozje poza równowagą
Kiedy układ jest w LTE, energie i poziomy jonizacji cząstek w nim są w pewnej stałej relacji do siebie, a temperatura pozostaje stała w całym układzie. Istnieją scenariusze astrofizyczne, w których LTE jest bezpiecznym założeniem, na przykład w gwiazdach, ale z pewnością nie obowiązuje ona w przypadku zdarzenia takiego, jak supernowa.

Do modelowania wybuchów z założeniem innym niż LTE, Shen i współpracownicy użyli dwóch różnych kodów modelujących. Główną różnicą między nimi był czas obliczeń, a uruchomienie tych samych scenariuszy eksplozji w obu kodach pozwoliło zespołowi określić, czy bardziej wydajny czasowo kod będzie w stanie sprostać drugiemu. Dane wyjściowe modelu zawierały widma powstałych supernowych, jak również ich krzywe blasku w różnych filtrach.

Dopasowanie modelu
Shen i współpracownicy odkryli, że modelowe krzywe blasku pasują do obserwowanych supernowych aż do 15 dni po najjaśniejszym punkcie na krzywej blasku w paśmie B („maksimum w paśmie B”). Oznacza to, że kody z powodzeniem modelują również zaobserwowaną zależność zwaną zależnością Phillipsa – im jaśniejsze jest szczytowe magnitudo supernowej w paśmie B, tym wolniej będzie ona ewoluowała poza ten szczyt. Można to zobaczyć, wykreślając szczytową jasność pasma B względem jasności pasma B 15 dni po szczycie.

Widma modelowe są również dobrze dopasowane do obserwacji, czasami nawet do 30 dni po szczycie. Są one szczególnie dokładne w pobliżu szczytu, z wyjątkiem widm „pierwiastków o masie pośredniej”, które generalnie obejmują pierwiastki cięższe od węgla aż do wapnia.

Podsumowując, modele te doskonale pasują do szerokiego zakresu obserwowanych supernowych typu Ia w pobliżu szczytu jasności. Przyszłe modele będą musiały uwzględnić więcej warunków, ale niezachowanie lokalnej równowagi termojądrowej wydaje się być drogą, którą należy podążać.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Betelgeza jest mniejsza i bliższa niż początkowo sądzono

Odkryto drugą płaszczyznę Układu Słonecznego

Odkryto nową „skamieniałą galaktykę” zakopaną głęboko w Drodze Mlecznej