Bizarre Supernova Defies Forståelse


Getty Images Utseendet på en års lang supernovaeksplosjon utfordrer forskerens nåværende forståelse av stjernedannelse og død, og det er på jobb å forklare det bisarre fenomenet. Stjerner mer enn åtte ganger solens masse avslutter livet i fantastiske eksplosjoner kalt supernovaer. Disse er blant de mest energiske fenomenene i universet. Lysstyr

Getty Images

Utseendet på en års lang supernovaeksplosjon utfordrer forskerens nåværende forståelse av stjernedannelse og død, og det er på jobb å forklare det bisarre fenomenet.

Stjerner mer enn åtte ganger solens masse avslutter livet i fantastiske eksplosjoner kalt supernovaer. Disse er blant de mest energiske fenomenene i universet. Lysstyrken til en enkelt døende stjerne kan kort konkurrere med en hel galakse. Supernovaer som danner seg fra supermassive stjerner, stiger vanligvis raskt til en topplysstyrke og fades deretter i løpet av rundt 100 dager, da sjokkbølgen mister energi.

I motsetning til dette ble den nylig analyserte supernova iPTF14hls blitt mørkere og lysere over et tidsrom på mer enn to år, ifølge en uttalelse fra Las Cumbres Observatory i Goleta, California, som spores gjenstanden. Detaljer om funnene kom fram 8. november i tidsskriftet Nature.

En uoppdaget funn

Supernova iPTF14hls var unremarkable da den først ble oppdaget av et partners teleskop i San Diego 22. september 2014. Lysspektret var et lærebok eksempel på en Type II-P supernova, den vanligste typen astronomer ser, lederforfatter Iair Arcavi, en astronom ved University of California, Santa Barbara, fortalte Space.com. Og supernova så ut som om det allerede var fading, sa han.

Observatoriet var midt i en 7, 5-årig samarbeidsundersøkelse, så Arcavi fokuserte på mer lovende objekter. Men i februar 2015 oppdaget Zheng Chuen Wong, en student som jobbet for Arcavi den vinteren, at objektet var blitt lysere de siste fem månedene.

"Han viste meg dataene, " sa Arcavi, "og han spurte:" Er dette normalt? " og jeg sa, "Absolutt ikke. Det er veldig rart. Supernovae gjør det ikke, " sa Arcavi.

I begynnelsen trodde Arcavi at det kunne være en lokal stjerne i vår galakse, som ville virke lysere fordi den var nærmere, sa han. Mange stjerner er også kjent for å ha variabel lysstyrke. Men lyssignaturen viste at objektet faktisk var plassert i en liten, uregelmessig galakse om 500 millioner lysår fra Jorden.

Og objektet fikk bare weirder. Etter 100 dager så supernovaen bare 30 dager gammel. To år senere så supernovas spektrum fortsatt som det ville hvis eksplosjonen bare var 60 dager gammel. Supernovaen kom nylig fra jordens sol, og Arcavi sa at den fortsatt er lys, etter omtrent tre år. Men ved en en hundre av sin høyeste lysstyrke ser objektet til slutt å falme ut.

Bare for å være klar er det ingen eksisterende modell eller teori som forklarer alle observasjonene vi har, sa Arcavi. Supernovaen kan falle ut; det kan vokse lysere, eller det kan plutselig forsvinne.

En grunn til Arcavis usikkerhet er at en supernova ble sett på samme sted i 1954. Dette betyr at hendelsen Acavi har observert, uansett hva den er, kan faktisk være 60 år i gang. Det er en 1 til 5 prosent sjanse, de to hendelsene er ikke-relaterte, men det ville være enda mer overraskende, sa Arcavi. Astronomer har aldri observert uavhengig supernova på samme sted tiår fra hverandre. "Vi er utenfor kanten av modeller, " sa Arcavi.

Utover kanten

"Jeg er ikke sikker, og jeg tror ikke noen andre er sikre på, akkurat hva i helvete skjer, " fortalte astrophysicist Stanford Woosley, ved University of California, Santa Cruz, Space.com. "Og likevel skjedde det, og det ber om forklaring."

Woosley er ikke tilknyttet studien, men han er blant teoretikerne som arbeider for å forstå hendelsen. To hypoteser viser løfte om å forklare det, sa han.

Den første innebærer den berømte ligningen E = mc2. Med denne formelen demonstrerte Albert Einstein at materie og energi er fundamentalt utbytbare. Stjerner brenner ved å konvertere materie til energi, fusing lettere elementer som hydrogen og helium i tyngre elementer, som bygger opp i stjernens kjerne og også frigjør energi. Når en stjerne som er mer enn 80 ganger solens masse, når en temperatur på 1 milliard grader Celsius, produserer denne energimasseekvivalensen elektronpar og deres antipartikkel-motparter, positrons, sier Woosley. Prosessen røser stjernen av energi, og så krymper objektet seg.

Men da dette skjer, stiger temperaturen i stjernens kjerne. Ved 3 milliarder C (5, 4 milliarder F) smelter oksygen eksplosivt, blåser av massive mengder materiale og tilbakestiller syklusen. Denne prosessen gjentas til stjernen når en stabil masse, forklarte Woosley. Når forsiden av et utkastet skall av materiale rammer bakkanten av et tidligere skall, frigjør det energi som lys.

Stjernen fortsetter å smelte oksygen og elementene i større masser til jern, da reaksjonen ikke gir nok energi til å holde stjernen fra å kollapse inn på seg selv. En stjerne som den som ga opphav til iPTF14hls vil kollaps i et svart hull uten en annen eksplosjon, sa Woosley.

Dette fenomenet, kalt en pulsation pair instability (PPI) supernova, kan utgjøre iPTF14hls vedvarende lysstyrke, samt objektets varierende lysstyrke. Denne forklaringen ville kreve at stjernen hadde vært 105 ganger solens masse, sa Woosley. PPI-modellen kan imidlertid ikke regne med den enorme mengden energi iPTF14hls har gitt ut. Den første eksplosjonen av 2014 hadde mer energi enn modellen forutsier for alle eksplosjonene kombinert, sa Arcavi.

Dessuten har dette fenomenet ennå ikke blitt verifisert observasjonsmessig. "Stjerner mellom 80 og 140 solmasser, som gjør denne typen ting, må eksistere, " sa Woosley, "og de må dø, og slik, et sted, dette må fortsette." Men ingen har sett det ennå, sa han.

En magnetisk superstorm

En alternativ forklaring innebærer en stjerne 20 til 30 ganger massen av jordens sol. Etter en mer konvensjonell supernova kunne en slik stjerne ha kondensert til en raskt spinnende nøytronstjer, kalt en magnetar.

En nøytronstjerne pakker massen av 1, 5 solstråler inn i en gjenstand med en diameter på størrelse med New York City. En nøytronstjerne som roterer 1000 ganger per sekund, vil ha mer energi enn en supernova, ifølge Woosley. Det ville også generere et magnetfelt 100 billioner til 1 quadrillion ganger styrken av jordens felt. Som stjernen spunnet ned i løpet av flere måneder, kunne det utrolige magnetfeltet overføre stjernens rotasjonsenergi til resterne av supernovaen som den dannet fra, utløsende lys, forklarer Woosley.

"Det er som et fyrtårn midt i supernovaen, " sa Woolsey.

Men magnetarforklaringen er heller ikke perfekt. Det har problemer med å forklare dips og topper i iPTF14hls lysstyrke, og fysikken bak hvordan et slikt fenomen kan fungere er fortsatt usikkert, sa Woosley.

Som iPTF14hls kaster energi, sa Arcavi at han håper å kunne se dypere inn i objektets struktur. Hvis det er en magnetar, forventer han å se røntgenstråler, tidligere skjult av supernovaen selv, og begynner å bryte gjennom, sa han. "Kanskje ved å kombinere pulsasjonsparets ustabilitet med [en magnetar], kan du begynne å forklare supernovaen, " sa Arcavi.

Holde opptatt mens du holder på med

Eksistensen av iPTF14hls har vidtgående implikasjoner, sa forskerne. På 500 millioner lysår unna er supernova fortsatt relativt nær jorda, og universet er praktisk talt det samme i dag - når det gjelder sammensetning og organisasjon - som det var da denne hendelsen skjedde, ifølge Arcavi. Hvis arrangementet var en PPI-supernova, forteller det til astronomer som stjerner mer enn 100 ganger solens masse, trodde å være mer utbredt i det tidlige universet - fremstår fortsatt i dag.

Arrangementet hadde også langt mer hydrogen enn forskerne forventet å se. Eksplosjonen i 1954 burde ha utvist nesten hele stjernens hydrogen, sa Arcavi. Astrofysikere må revidere sine supernova-modeller for å forstå hvordan dette kan oppstå, sa han.

Funnet har konsekvenser for studiet av galakser også. "Energien i tyngdekraften som holder den galaksen sammen er omtrent den samme størrelsesorden som energien som ble gitt ut i supernovaen, " sa Arcavi. "Så, noen av disse i en galakse kunne faktisk knytte hele galaksen."

Arcavi og hans team planlegger å fortsette å overvåke iPTF14hls i minst ett til to år. Og en serie internasjonale teleskoper og observatorier vil bli med på innsatsen. Svenske kolleger på det nordiske optiske teleskopet på Kanariøyene vil spore gjenstanden da den fortsetter å dimme utover hva Arcavis teleskoparrangement kan oppdage. NASAs Swift-romskip vil se etter røntgenutslipp, mens Hubble-romteleskopet skal planlegge plasseringen som begynner i desember, og andre vil følge, sa Arcavi.

For nå er arrangementet et mysterium.

"Det er bare et puslespill på himmelen, " sa Woosley. "Det er det vi lever for, hvilke astronomer elsker."

REDAKTØRENS ANBEFALINGER

  • Kjenn Novas: Stjerneeksplosjoner Forklart (Infografisk)
  • Dissecting a Supernova: A Star Explosion Post-mortem (Videoer)
  • Mystisk 'Magnetar' hadde sannsynligvis en Star Companion (Video, bilder)

Opphavsrett 2017 SPACE.com , et kjøpsselskap . Alle rettigheter reservert. Dette materialet kan ikke bli publisert, kringkastet, omskrevet eller omfordelt.