Typ Ia supernova

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 2 augusti 2022; verifiering kräver 1 redigering .

Typ Ia supernova är en underkategori  av supernovor . En supernova av typ Ia är resultatet av en termonukleär explosion av en vit dvärg .

Namnets och klassificeringens ursprung

Typ Ia-supernovan är en underkategori i Minkowski-Zwickys supernovaklassificeringsschema , utvecklad av den tysk-amerikanske astronomen Rudolf Minkowski och den schweiziska astronomen Fritz Zwicky. Denna klassificering baserades på strålningens spektrala egenskaper och sammanfaller inte med mekanismen för de pågående processerna: supernovor av typ Ia är associerade med en termonukleär explosion av vit dvärgmateria, medan supernovor Ib, Ic och alla supernovor av typ II är associerade med kollaps av stjärnkärnan.

År 2013 föreslogs det att ytterligare separera från Ia-supernovorna en separat klass av typ Iax-supernovor [2] , som kännetecknas av sin lägre ljusstyrka, bevarandet av en vit dvärg efter explosionen (åtminstone några av stjärnorna) och förvärv av höga hastigheter av deras rester. Den faktiska skillnaden mellan dessa två typer är graden av involvering av dvärgmateria i termonukleär "bränning" - i klassisk Ia påverkar termonukleär fusion stjärnans hela volym, helt skingra den, medan den är i Iax, på grund av processasymmetri. , bara en del av stjärnan exploderar, och resten finns kvar som ett kompakt föremål. I sin tur skiljer sig dessa supernovor från nya stjärnor genom att i de senare, under ackretion, någon gång börjar en termonukleär reaktion, som endast påverkar lagret av detta ämne, utan att påverka resten av stjärnans volym, och denna mekanism kan vara upprepas om och om igen med fortsatt ökning. Under explosionen av Iax sprider sig processen till en betydande del av stjärnan och enligt uppskattningar utgör supernovorna Iax från 5 till 30 % av Ia [3] .

Formationsmekanismer

Accretion mekanism

En vit dvärg är "resten" av en stjärna som har avslutat sin normala livscykel, termonukleära reaktioner har upphört och det yttre skalet har fällts under evolutionen . Det vill säga, i själva verket är en vit dvärg kärnan i en före detta stjärna, som bara kan svalna i framtiden. En vit dvärg är dock ett föremål med extremt hög densitet och gravitation, och det kan samla på sig materia. Först och främst händer detta i binära system, där den andra och initialt lättare och därför mindre utvecklade komponenten har närmat sig det röda jättestadiet och fyllt sin Roche-lob . Substansen i dess skal genom Lagrange-punkten L1 börjar "flöda" på den vita dvärgen, vilket ökar dess massa. Fysiskt är vita dvärgar med låg rotation begränsad i sin massa av Chandrasekhar-gränsen (cirka 1,44 solmassor ). Detta är den maximala massan som kan kompenseras av det degenererade elektrontrycket . Efter att ha nått denna gräns börjar den vita dvärgen att kollapsa till en neutronstjärna på följande sätt.

När ansamlingen ökar ökar temperaturen och trycket i kärnan av den vita dvärgen. Men när densiteten i centrum ökar, ökar också energiförlusten på grund av neutrinokylning . När en densitet på 2⋅10 9 g/cm 3 uppnås undertrycks elektronscreeningsprocesser i den degenererade gasen och termonukleära reaktioner börjar, vars energi överstiger neutrinoförlusterna. Under de kommande ~1000 åren upplever denna "rykande" region i kärnan allt mer accelererande konvektion. I vanliga stjärnor råder hydrostatisk jämvikt: om energiutsläppet i kärnan ökar så expanderar stjärnan och trycket i kärnan sjunker och vice versa. Vita dvärgar, å andra sidan, består av atomkärnor och en degenererad elektrongas , vars tillståndsekvation inte inkluderar temperatur - trycket i djupet av en vit dvärg beror bara på densiteten, men inte på temperaturen. Självaccelererande termonukleär förbränning börjar, där en temperaturökning påskyndar kärnreaktioner, vilket leder till en ytterligare temperaturökning.

Trots flera decennier av arbete med hydrodynamiken hos denna explosiva mekanism har forskare ännu inte nått någon tydlig konsensus om huruvida stjärnan kommer att explodera som ett resultat av subsonisk kärnkraftsdeflagration , som blir mycket turbulent, eller om den inledande fasen är turbulent, och sedan följer en fördröjd detonation under expansionstiden. Det är dock redan klart att den snabba detonationsmekanismen är oförenlig med spektra av supernovor av typ Ia, eftersom den inte producerar ett tillräckligt antal observerbara mellanliggande element (från kisel till järnundergruppen) [4] . Beräkningar visar att vid tidpunkten för explosionen når den vita dvärgens massa ungefär 99 % [5] av Chandrasekhar-gränsen.

Under explosionen når temperaturen i kärnan en miljard grader, och en betydande del av den vita dvärgmateria, som huvudsakligen bestod av syre och kol, förvandlas till tyngre grundämnen på några sekunder [ 6] och kastas ut i det omgivande utrymmet i hastigheter upp till  5 000–20 000 km /s, vilket är cirka 6 % av ljusets hastighet. Den frigjorda energin (1–2⋅10 44 J) [7] räcker för att helt bryta stjärnan, det vill säga att dess individuella beståndsdelar får tillräckligt med kinetisk energi för att övervinna gravitationen.

Sammanslagningsmekanism

Det finns en annan mekanism för att utlösa termonukleära reaktioner. En vit dvärg kan smälta samman med en annan vit dvärg (minst 80 % av alla supernovor av typ Ia enligt vissa uppgifter [8] , mindre än 15 % eller till och med extremt sällsynta enligt andra [4] ) och kan under en kort tid överskrida massgränsen och börjar kollapsa , vilket igen höjer dess temperatur till tillräcklig för kärnfusion [9] . Inom några sekunder efter starten av kärnfusionen genomgår en betydande del av den vita dvärgens materia en snabb termonukleär reaktion med frigörande av en stor mängd energi (1-2⋅10 44 J), vilket orsakar en supernovaexplosion.

Ljuskurva

Supernovor av typ Ia har en karakteristisk ljuskurva, den maximala ljusstyrkan nås en tid efter explosionen. Nära den maximala ljusstyrkan innehåller spektrumet linjer av element från syre till kalcium; dessa är huvudkomponenterna i stjärnans yttre lager. Månader efter explosionen, när de yttre lagren har expanderat till en punkt av transparens, domineras spektrumet av ljus som sänds ut av material nära stjärnans kärna – tunga element som syntetiseras under explosionen; de mest märkbara isotoperna nära massan av järn (element av järnundergruppen). Som ett resultat av det radioaktiva sönderfallet av nickel-56 genom kobolt-56 till järn-56, bildas högenergifotoner som dominerar strålningen från supernovaresten [4] .

Observationer

Typ Ia supernovakategorin har samma maximala ljusstyrka på grund av de identiska massorna av vita dvärgar, unikt begränsade av Chandrasekhar-gränsen, som exploderar genom ackretionsmekanismen. Konstantiteten för detta värde gör det möjligt att använda sådana explosioner som standardmätare (de så kallade "standardljusen", även om de också kan vara andra astronomiska objekt [10] ) för att mäta avståndet till deras galaxer , eftersom den visuella storleken på supernovor av typ Ia visar sig vara beroende innan precis från avstånd .

Forskning om användningen av supernovor av typ Ia för att mäta exakta avstånd inleddes först på 1990-talet. I en serie publikationer inom ramen för supernovagranskningsprojektetdet har visat sig att även om typ Ia-supernovor inte alla når samma toppljusstyrka, kan en parameter mätt på ljusstyrkekurvan användas för att omvandla de ursprungliga mätningarna av Ia-supernovaexplosioner till standardljusvärden. Den initiala korrigeringen av standardljusvärdet kallas Phillips Ratio.och förmågan att mäta relativa avstånd på detta sätt med en noggrannhet på 7 % [11] visades . Anledningen till denna enhetlighet i maximal ljusstyrka har att göra med mängden nickel-56 som produceras i vita dvärgar som förmodligen exploderar nära Chandrasekhar-gränsen [12] .

Likheten i absoluta luminositetsprofiler för nästan alla kända supernovor av typ Ia har lett till att de används som standardljus inom extragalaktisk astronomi [13] . Förbättrade kalibreringar av Cepheid- avståndsskalan och mätningar av avståndet till NGC 4258 från dynamiken i maserstrålningen [14] , i kombination med Hubble-avståndsdiagrammet för supernovor av typ Ia, har lett till en förbättring av värdet på Hubble-konstanten .

1998 visade observationer av avlägsna supernovor av typ Ia det oväntade resultatet att universum kan expandera snabbt [15] [16] . För denna upptäckt tilldelades tre forskare från två arbetsgrupper därefter Nobelpriser [17] .

Men fusionsscenarier lämnar frågor om tillämpligheten av supernovor av typ Ia som standardljus, eftersom den totala massan av de två sammanslagna vita dvärgarna varierar avsevärt, vilket innebär att ljusstyrkan också ändras.

År 2020 visade en grupp koreanska forskare att ljusstyrkan hos denna typ av supernovor med en mycket hög sannolikhet korrelerar med stjärnsystemens kemiska sammansättning och ålder - och använder dem därför för att bestämma intergalaktiska avstånd, inklusive bestämning av graden av expansion av universum - kan ge ett fel [18] . Och eftersom accelerationen av universums expansion etableras med hjälp av standardljus av denna typ, väcker begreppet mörk energi, introducerat för att förklara fenomenet accelererande expansion, tvivel [19] .

Undertyper

Det finns en betydande mångfald inom klassen av typ Ia supernovor. Med detta i åtanke har många underklasser identifierats. Två välkända och välstuderade exempel inkluderar supernovor av typ 1991T, en underklass som uppvisar särskilt starka järnabsorptionslinjer och onormalt lågt kisel [20] , och typ 1991bg, en exceptionellt svag subklass som kännetecknas av starka tidiga titanabsorptionsegenskaper och snabba fotometriska och spektral evolution [21] . Trots deras onormala ljusstyrka kan medlemmar av båda specifika grupperna standardiseras med hjälp av Phillips-förhållandet för att bestämma avståndet [22] .

Se även

Anteckningar

  1. ↑ Matheson, Thomas; Kirshner, Robert; Challis, Pete; Jha, Saurabh; Garnavich, P.M.; Berlind, P.; Calkins, M.L.; Blondin, S.; Balog, Z. Optical Spectroscopy of Type Ia Supernovae  (engelska)  // Astronomical Journal  : journal. - 2008. - Vol. 135 , nr. 4 . - P. 1598-1615 . - doi : 10.1088/0004-6256/135/4/1598 . — . - arXiv : 0803.1705 .
  2. ↑ Ryan J. Foley, PJ Challis, R. Chornock, M. Ganeshalingam, W. Li. TYP Iax SUPERNOVAE: EN NY KLASS AV STELLAR EXPLOSION  //  The Astrophysical Journal . - IOP Publishing , 2013-03-25. — Vol. 767 , utg. 1 . — S. 57 . — ISSN 1538-4357 0004-637X, 1538-4357 . - doi : 10.1088/0004-637X/767/1/57 . Arkiverad från originalet den 23 mars 2021.
  3. ↑ Curtis McCully, Saurabh W. Jha, Ryan J. Foley, Lars Bildsten, Wen-fai Fong. Ett lysande, blått stamfadersystem för typen Iax supernova 2012Z  (engelska)  // Nature. — 2014-08. — Vol. 512 , utg. 7512 . - S. 54-56 . — ISSN 1476-4687 0028-0836, 1476-4687 . - doi : 10.1038/nature13615 . Arkiverad 17 maj 2020.
  4. ↑ 1 2 3 Wolfgang Hillebrandt, Jens C. Niemeyer. Typ Ia Supernova Explosionsmodeller  //  Årlig granskning av astronomi och astrofysik. — Årsöversikter , 2000-09. — Vol. 38 , iss. 1 . - S. 191-230 . — ISSN 1545-4282 0066-4146, 1545-4282 . - doi : 10.1146/annurev.astro.38.1.191 . - arXiv : astro-ph/0006305 . Arkiverad från originalet den 4 mars 2021.
  5. ↑ Wheeler, J. Craig. Kosmiska katastrofer: supernovor, gammastrålning och äventyr i hyperrymden . - Cambridge: Cambridge University Press, 2000. - s. 96. - xv, 288 sidor sid. - ISBN 0-521-65195-6 , 978-0-521-65195-0.
  6. ↑ FK Röpke, W. Hillebrandt. Fallet mot stamfaderns kol-till-syre-förhållande som en källa till maximala ljusstyrkavariationer i supernovor av typ Ia  // Astronomy and Astrophysics  . - EDP Sciences , 2004-06. — Vol. 420 , iss. 1 . - P. L1–L4 . — ISSN 1432-0746 0004-6361, 1432-0746 . - doi : 10.1051/0004-6361:20040135 . - . — arXiv : astro-ph/0403509 .
  7. ↑ Khokhlov A., Mueller E., Hoeflich P. Ljuskurvor av supernovamodeller av typ IA med olika explosionsmekanismer  // Astronomy and Astrophysics  . - EDP Sciences , 1993. - Mars ( vol. 270 ). - S. 223-248 . Arkiverad 22 oktober 2020.
  8. ↑ González Hernández, JI; Ruiz-Lapuente, P.; Tabernero, HM; Montes, D.; Canal, R.; Mendez, J.; Bedin, LR Inga överlevande utvecklade följeslagare till stamfadern till SN 1006  //  Nature: journal. - 2012. - Vol. 489 , nr. 7417 . - s. 533-536 . - doi : 10.1038/nature11447 . — . - arXiv : 1210.1948 . — PMID 23018963 .
  9. ↑ S.-C. Yoon, N. Langer. Presupernova-utveckling av växande vita dvärgar med rotation  // Astronomi och astrofysik  . - EDP Sciences , 2004-05. — Vol. 419 , utg. 2 . - s. 623-644 . — ISSN 1432-0746 0004-6361, 1432-0746 . - doi : 10.1051/0004-6361:20035822 . - . - arXiv : astro-ph/0402287 .
  10. ↑ Collider. Kapitel ur boken • Bokklubb . Arkiverad 18 juni 2020 på Wayback Machine
  11. ↑ Mario Hamuy, MM Phillips, Nicholas B. Suntzeff, Robert A. Schommer, Jose Maza, Aviles R. The Absolute Luminosities of the Calan/Tololo Type IA Supernovae  //  The Astronomical Journal . - IOP Publishing , 1996. - December ( vol. 112 ). — S. 2391 . - doi : 10.1086/118190 . - . - arXiv : astro-ph/9609059 . Arkiverad från originalet den 3 juli 2014.
  12. ↑ SA Colgate. Supernovor som standardljus för kosmologi  //  The Astrophysical Journal . - IOP Publishing , 1979. - September ( vol. 232 , nr 1 ). - S. 404-408 . — ISSN 1538-4357 0004-637X, 1538-4357 . - doi : 10.1086/157300 . - . Arkiverad 3 maj 2019.
  13. ↑ Mario Hamuy, MM Phillips, Jose Maza, Nicholas B. Suntzeff, RA Schommer. Ett Hubble-diagram över avlägsna supernovor av typ IA  //  The Astronomical Journal . - IOP Publishing , 1995. - Januari ( vol. 109 ). — S. 1 . - doi : 10.1086/117251 .
  14. ↑ L.M. Macri, K.Z. Stanek, D. Bersier, L.J. Greenhill, M.J. Reid. Ett nytt cepheidavstånd till Maser-värdgalaxen NGC 4258 och dess konsekvenser för Hubble-konstanten  //  The Astrophysical Journal . - IOP Publishing , 2006. - December ( vol. 652 , utgåva 2 ). - P. 1133-1149 . — ISSN 1538-4357 0004-637X, 1538-4357 . - doi : 10.1086/508530 . - . — arXiv : astro-ph/0608211 . Arkiverad från originalet den 8 maj 2022.
  15. ↑ S. Perlmutter, G. Aldering, G. Goldhaber, R.A. Knop, P. Nugent. Mätningar av Ω och Λ från 42 High-Redshift Supernovae  //  The Astrophysical Journal . - IOP Publishing , 1999. - Juni ( vol. 517 , utgåva 2 ). - s. 565-586 . — ISSN 1538-4357 0004-637X, 1538-4357 . - doi : 10.1086/307221 . - . - arXiv : astro-ph/9812133 . Arkiverad 19 maj 2020.
  16. ↑ Adam G. Riess, Alexei V. Filippenko, Peter Challis, Alejandro Clocchiatti, Alan Diercks. Observationsbevis från supernovor för ett accelererande universum och en kosmologisk konstant  //  The Astronomical Journal . - IOP Publishing , 1998. - September ( vol. 116 , utgåva 3 ). - P. 1009-1038 . - doi : 10.1086/300499 . - . — arXiv : astro-ph/9805201 . Arkiverad 19 maj 2020.
  17. ↑ Steven Weinberg. Kosmologi // Oxford University Press. — 2008.
  18. ↑ Yiung Kang, Young-Wook Lee, Young-Lo Kim, Chul Chung, Chang Hee Ree. Tidiga värdgalaxer av typ Ia supernovor. II. Bevis för ljusstyrkeevolution i supernovakosmologi  // The Astrophysical Journal. — 2020-01-20. - T. 889 , nr. 1 . - S. 8 . — ISSN 1538-4357 . doi : 10.3847 /1538-4357/ab5afc . Arkiverad från originalet den 19 april 2021.
  19. ↑ Finns inte mörk energi? Nya bevis visar att forskare letar efter något som inte finns där , BBC News Russian Service . Arkiverad från originalet den 10 april 2021. Hämtad 10 april 2021.
  20. ↑ Michele Sasdelli, P.A. Mazzali, E. Pian, K. Nomoto, S. Hachinger. Överflödsskiktning i supernovor av typ Ia - IV. Den lysande, säregna SN 1991T  // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society  . - Oxford University Press , 2014. - 30 september ( vol. 445 , iss. 1 ). - s. 711-725 . — ISSN 1365-2966 0035-8711, 1365-2966 . - doi : 10.1093/mnras/stu1777 . - . - arXiv : 1409.0116 . Arkiverad från originalet den 19 januari 2022.
  21. ↑ Paolo A. Mazzali, Stephan Hachinger. Nebulosspektra av Type Ia supernova 1991bg: ytterligare bevis på en icke-standardiserad explosion: Nebulosspektra av SN 1991bg  // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society  . — Oxford University Press , 2012. — 21 augusti ( vol. 424 , iss. 4 ). - P. 2926-2935 . - doi : 10.1111/j.1365-2966.2012.21433.x . Arkiverad från originalet den 20 januari 2022.
  22. ↑ S. Taubenberger, S. Hachinger, G. Pignata, P.A. Mazzali, C. Contreras. Den underlysande supernovan av typ Ia 2005bl och klassen av föremål som liknar SN 1991bg★: SN 2005bl  //  Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . — Oxford University Press , 2008. — 13 februari ( vol. 385 , iss. 1 ). - S. 75-96 . — ISSN 0035-8711 . - doi : 10.1111/j.1365-2966.2008.12843.x . - . - arXiv : 0711.4548 . Arkiverad från originalet den 19 januari 2022.

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk
 supernovor
Klasser
Fysik
Relaterade ämnen
föregångare
Resterna
Upptäckter
Listor
Känd
  • Kategori:Navigationsmallar:Astronomi
  • Commons: Supernovor