Type Ia supernova

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 2. august 2022; verifikation kræver 1 redigering .

Type Ia supernova er en underkategori  af supernovaer . En Type Ia supernova er resultatet af en termonuklear eksplosion af en hvid dværg .

Oprindelse af navnet og klassifikationen

Type Ia supernovaen er en underkategori i Minkowski-Zwicky supernova klassifikationsskemaet , udviklet af den tysk-amerikanske astronom Rudolf Minkowski og den schweiziske astronom Fritz Zwicky. Denne klassificering var baseret på strålingens spektrale karakteristika og falder ikke sammen med mekanismen for de igangværende processer: type Ia supernovaer er forbundet med en termonukleær eksplosion af hvidt dværgstof, mens supernovaer Ib, Ic og alle type II supernovaer er forbundet med sammenbrud af stjernekernen.

I 2013 blev det foreslået yderligere at adskille en separat klasse af type Iax supernovaer fra Ia supernovaer [2] , som er kendetegnet ved deres lavere lysstyrke, bevarelsen af ​​en hvid dværg efter eksplosionen (i hvert fald nogle af stjernerne) og erhvervelse af høje hastigheder af deres rester. Den faktiske forskel mellem disse to typer er graden af ​​involvering af dværgstoffet i termonuklear "afbrænding" - i klassisk Ia påvirker termonuklear fusion hele stjernens volumen og spreder det fuldstændigt, mens det er i Iax, på grund af asymmetrien af ​​processer , kun en del af stjernen eksploderer, og resten forbliver som et kompakt objekt. Til gengæld adskiller disse supernovaer sig fra nye stjerner ved, at i sidstnævnte, under tilvæksten, på et tidspunkt begynder en termonuklear reaktion, som kun påvirker laget af dette stof uden at påvirke resten af ​​stjernens volumen, og denne mekanisme kan være gentaget igen og igen med fortsat tilvækst. Under eksplosionen af ​​Iax breder processen sig til en betydelig del af stjernen og ifølge skøn udgør supernovaer Iax fra 5 til 30 % af Ia [3] .

Dannelsesmekanismer

Akkretionsmekanisme

En hvid dværg er "resten" af en stjerne, der har afsluttet sin normale livscyklus, termonukleære reaktioner er ophørt, og den ydre skal er blevet kastet under evolutionen . Det vil sige, at en hvid dværg faktisk er kernen i en tidligere stjerne, som kun kan køle ned i fremtiden. En hvid dværg er dog et objekt med ekstrem høj tæthed og tyngdekraft, og det kan ophobe stof. Først og fremmest sker dette i binære systemer, hvor den anden og oprindeligt lettere og derfor mindre udviklede komponent har nærmet sig det røde kæmpestadium og fyldt sin Roche-lap . Substansen af ​​dens skal gennem Lagrange-punktet L1 begynder at "flyde" ind på den hvide dværg, hvilket øger dens masse. Fysisk er lavrotations hvide dværge begrænset i deres masse af Chandrasekhar-grænsen (ca. 1,44 solmasser ). Dette er den maksimale masse, der kan kompenseres af det degenererede elektrontryk . Efter at have nået denne grænse begynder den hvide dværg at kollapse til en neutronstjerne på følgende måde.

Efterhånden som tilvæksten stiger, stiger temperaturen og trykket i kernen af ​​den hvide dværg. Men efterhånden som tætheden i midten stiger, stiger energitabet på grund af neutrino-afkøling også . Når en densitet på 2⋅10 9 g/cm 3 er nået, undertrykkes elektronscreeningsprocesser i den degenererede gas, og termonukleære reaktioner begynder, hvis energi overstiger neutrinotab. I løbet af de næste ~1000 år oplever dette "ulmende" område af kernen stadig mere accelererende konvektion. I almindelige stjerner er der hydrostatisk ligevægt: Hvis energifrigivelsen i kernen øges, udvider stjernen sig, og trykket i kernen falder, og omvendt. Hvide dværge består på den anden side af atomkerner og en degenereret elektrongas , hvis tilstandsligning ikke inkluderer temperatur - trykket i dybet af en hvid dværg afhænger kun af tæthed, men ikke af temperatur. Selvaccelererende termonuklear forbrænding begynder, hvor en temperaturstigning accelererer nukleare reaktioner, hvilket fører til en yderligere temperaturstigning.

På trods af flere årtiers arbejde med hydrodynamikken i denne eksplosive mekanisme, er der endnu ikke opnået en klar konsensus af videnskabsmænd om, hvorvidt stjernen vil eksplodere som følge af subsonisk nuklear deflagration , som bliver meget turbulent, eller om den indledende fase er turbulent, og derefter følger en forsinket detonation under ekspansionstiden. Det er dog allerede klart, at den hurtige detonationsmekanisme er uforenelig med spektrene af type Ia supernovaer, da den ikke producerer et tilstrækkeligt antal observerbare mellemelementer (fra silicium til jernundergruppen) [4] . Beregninger viser, at på tidspunktet for eksplosionen, når massen af ​​den hvide dværg cirka 99 % [5] af Chandrasekhar-grænsen.

Under eksplosionen når temperaturen i kernen op på en milliard grader, og en betydelig del af det hvide dværgstof, som hovedsageligt bestod af ilt og kulstof, bliver på få sekunder til tungere grundstoffer [ 6] og slynges ud i det omgivende rum. ved hastigheder op til  5.000–20.000 km /s, hvilket er omkring 6 % af lysets hastighed. Den frigivne energi (1–2⋅10 44 J) [7] er nok til fuldstændig at bryde stjernen, det vil sige, at dens individuelle bestanddele modtager nok kinetisk energi til at overvinde tyngdekraften.

Sammenlægningsmekanisme

Der er en anden mekanisme til at udløse termonukleære reaktioner. En hvid dværg kan smelte sammen med en anden hvid dværg (mindst 80 % af alle type Ia supernovaer ifølge nogle data [8] , mindre end 15 % eller endda ekstremt sjælden ifølge andre [4] ) og kan i kort tid overskride massegrænsen og begynde at kollapse , igen hæve dens temperatur til tilstrækkelig til kernefusion [9] . Inden for få sekunder efter starten af ​​kernefusion gennemgår en betydelig del af den hvide dværgs stof en hurtig termonuklear reaktion med frigivelse af en stor mængde energi (1-2⋅10 44 J), hvilket forårsager en supernovaeksplosion.

Lyskurve

Type Ia supernovaer har en karakteristisk lyskurve, den maksimale lysstyrke nås et stykke tid efter eksplosionen. Nær den maksimale lysstyrke indeholder spektret linjer af grundstoffer fra oxygen til calcium; disse er hovedkomponenterne i stjernens ydre lag. Måneder efter eksplosionen, når de ydre lag har udvidet sig til et punkt af gennemsigtighed, domineres spektret af lys, der udsendes af materiale nær stjernens kerne – tunge grundstoffer syntetiseret under eksplosionen; de mest bemærkelsesværdige isotoper tæt på jernmassen (elementer i jernundergruppen). Som et resultat af det radioaktive henfald af nikkel-56 gennem kobolt-56 til jern-56, dannes højenergifotoner, der dominerer strålingen fra supernovaresten [4] .

Observationer

Type Ia supernovakategorien har den samme maksimale lysstyrke på grund af de identiske masser af hvide dværge, unikt begrænset af Chandrasekhar-grænsen, som eksploderer gennem tilvækstmekanismen. Konstansen af ​​denne værdi gør det muligt at bruge sådanne eksplosioner som standardmålere (de såkaldte "standardlys", selvom de også kan være andre astronomiske objekter [10] ) til at måle afstanden til deres galakser , da den visuelle størrelse af type Ia supernovaer viser sig at være afhængige før lige fra afstand .

Forskning i brugen af ​​Type Ia supernovaer til at måle præcise afstande blev først indledt i 1990'erne. I en række publikationer inden for rammerne af supernova review-projektetdet er blevet vist, at selvom Type Ia-supernovaer ikke alle når den samme maksimale lysstyrke, kan en parameter målt på lysstyrkekurven bruges til at konvertere de oprindelige målinger af Ia-supernovaeksplosioner til standardlysværdier. Den indledende korrektion af standard lysværdien er kendt som Phillips Ratio.og evnen til at måle relative afstande på denne måde med en nøjagtighed på 7% [11] blev vist . Årsagen til denne ensartethed i maksimal lysstyrke har at gøre med mængden af ​​nikkel-56 produceret i hvide dværge, der angiveligt eksploderer nær Chandrasekhar-grænsen [12] .

Ligheden i absolutte lysstyrkeprofiler for næsten alle kendte Type Ia-supernovaer har ført til deres brug som et standardlys i ekstragalaktisk astronomi [13] . Forbedrede kalibreringer af Cepheid- afstandsskalaen og målinger af afstanden til NGC 4258 fra dynamikken i maserstrålingen [14] , i kombination med Hubble-afstandsplottet for Type Ia supernovaer, har ført til en forbedring af værdien af ​​Hubble-konstanten .

I 1998 viste observationer af fjerne Type Ia supernovaer det uventede resultat, at universet muligvis udvider sig hurtigt [15] [16] . For denne opdagelse blev tre videnskabsmænd fra to arbejdsgrupper efterfølgende tildelt Nobelpriser [17] .

Imidlertid efterlader fusionsscenarier spørgsmål om anvendeligheden af ​​Type Ia-supernovaer som standardlys, da den samlede masse af de to sammensmeltende hvide dværge varierer betydeligt, hvilket betyder, at lysstyrken også ændres.

I 2020 viste en gruppe koreanske forskere, at lysstyrken af ​​denne type supernovaer med meget høj sandsynlighed korrelerer med den kemiske sammensætning og alder af stjernesystemer - og derfor bruger de dem til at bestemme intergalaktiske afstande, herunder bestemmelse af hastigheden af udvidelse af universet - kan give en fejl [18] . Og da accelerationen af ​​universets udvidelse er etableret ved hjælp af standard stearinlys af denne type, rejser begrebet mørk energi, introduceret for at forklare fænomenet accelererende udvidelse, tvivl [19] .

Undertyper

Der er betydelig diversitet inden for klassen af ​​Type Ia supernovaer. Med dette i tankerne er mange underklasser blevet identificeret. To velkendte og velundersøgte eksempler omfatter type 1991T supernovaer, en underklasse, der udviser særligt stærke jernabsorptionslinjer og unormalt lavt silicium [20] , og type 1991bg, en usædvanligt svag underklasse karakteriseret ved stærke tidlige titaniumabsorptionsegenskaber og hurtige fotometriske og spektral udvikling [21] . På trods af deres unormale lysstyrker kan medlemmer af begge specifikke grupper standardiseres ved hjælp af Phillips-forholdet til at bestemme afstanden [22] .

Se også

Noter

  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  (engelsk)  // Astronomical Journal  : journal. - 2008. - Bd. 135 , nr. 4 . - S. 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. TYPE Iax SUPERNOVAE: EN NY KLASSE AF STELLAR EXPLOSION  //  The Astrophysical Journal . - IOP Publishing , 2013-03-25. — Bd. 767 , udg. 1 . — S. 57 . — ISSN 1538-4357 0004-637X, 1538-4357 . - doi : 10.1088/0004-637X/767/1/57 . Arkiveret fra originalen den 23. marts 2021.
  3. ↑ Curtis McCully, Saurabh W. Jha, Ryan J. Foley, Lars Bildsten, Wen-fai Fong. Et lysende, blåt progenitor-system til typen Iax supernova 2012Z  (engelsk)  // Nature. – 2014-08. — Bd. 512 , udg. 7512 . - S. 54-56 . — ISSN 1476-4687 0028-0836, 1476-4687 . - doi : 10.1038/nature13615 . Arkiveret 17. maj 2020.
  4. ↑ 1 2 3 Wolfgang Hillebrandt, Jens C. Niemeyer. Type Ia Supernova-eksplosionsmodeller  //  Årlig gennemgang af astronomi og astrofysik. — Årsanmeldelser , 2000-09. — Bd. 38 , udg. 1 . - S. 191-230 . — ISSN 1545-4282 0066-4146, 1545-4282 . - doi : 10.1146/annurev.astro.38.1.191 . - arXiv : astro-ph/0006305 . Arkiveret fra originalen den 4. marts 2021.
  5. ↑ Wheeler, J. Craig. Kosmiske katastrofer: supernovaer, gammastråleudbrud og eventyr i hyperrummet . - Cambridge: Cambridge University Press, 2000. - s. 96. - xv, 288 sider s. - ISBN 0-521-65195-6 , 978-0-521-65195-0.
  6. ↑ FK Röpke, W. Hillebrandt. Sagen mod stamfaderens kulstof-til-ilt-forhold som en kilde til peak luminosity variationer i type Ia supernovaer  // Astronomy and Astrophysics  . - EDP Sciences , 2004-06. — Bd. 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. Lyskurver af type IA supernovamodeller med forskellige eksplosionsmekanismer  // Astronomy and Astrophysics  . - EDP Sciences , 1993. - Marts ( vol. 270 ). - S. 223-248 . Arkiveret 22. oktober 2020.
  8. ↑ González Hernández, JI; Ruiz-Lapuente, P.; Tabernero, HM; Montes, D.; Canal, R.; Mendez, J.; Bedin, LR Ingen overlevende udviklede ledsagere af stamfaderen til SN 1006  //  Natur: tidsskrift. - 2012. - Bd. 489 , nr. 7417 . - S. 533-536 . - doi : 10.1038/nature11447 . — . - arXiv : 1210.1948 . — PMID 23018963 .
  9. ↑ S.-C. Yoon, N. Langer. Presupernova-evolution af tiltagende hvide dværge med rotation  // Astronomi og astrofysik  . - EDP Sciences , 2004-05. — Bd. 419 , udg. 2 . - s. 623-644 . — ISSN 1432-0746 0004-6361, 1432-0746 . - doi : 10.1051/0004-6361:20035822 . - . - arXiv : astro-ph/0402287 .
  10. ↑ Collider. Kapitel fra bogen • Bogklub . Arkiveret 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 . Arkiveret fra originalen den 3. juli 2014.
  12. ↑ SA Colgate. Supernovaer som standardlys for 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 . - . Arkiveret 3. maj 2019.
  13. ↑ Mario Hamuy, MM Phillips, Jose Maza, Nicholas B. Suntzeff, RA Schommer. Et Hubble-diagram over fjerne type IA-supernovaer  //  The Astronomical Journal . - IOP Publishing , 1995. - Januar ( vol. 109 ). — S. 1 . - doi : 10.1086/117251 .
  14. ↑ L.M. Macri, K.Z. Stanek, D. Bersier, L.J. Greenhill, M.J. Reid. En ny cepheidafstand til Maser-værtsgalaksen NGC 4258 og dens implikationer for Hubble-konstanten  //  The Astrophysical Journal . - IOP Publishing , 2006. - December ( vol. 652 , iss. 2 ). - S. 1133-1149 . — ISSN 1538-4357 0004-637X, 1538-4357 . - doi : 10.1086/508530 . - . — arXiv : astro-ph/0608211 . Arkiveret fra originalen den 8. maj 2022.
  15. ↑ S. Perlmutter, G. Aldering, G. Goldhaber, R.A. Knop, P. Nugent. Målinger af Ω og Λ fra 42 High-Redshift Supernovae  //  The Astrophysical Journal . - IOP Publishing , 1999. - Juni ( vol. 517 , iss. 2 ). - S. 565-586 . — ISSN 1538-4357 0004-637X, 1538-4357 . - doi : 10.1086/307221 . - . - arXiv : astro-ph/9812133 . Arkiveret 19. maj 2020.
  16. ↑ Adam G. Riess, Alexei V. Filippenko, Peter Challis, Alejandro Clocchiatti, Alan Diercks. Observationsbeviser fra supernovaer for et accelererende univers og en kosmologisk konstant  //  The Astronomical Journal . - IOP Publishing , 1998. - September ( vol. 116 , iss. 3 ). - S. 1009-1038 . - doi : 10.1086/300499 . - . — arXiv : astro-ph/9805201 . Arkiveret 19. maj 2020.
  17. ↑ Steven Weinberg. Kosmologi // Oxford University Press. – 2008.
  18. ↑ Yijung Kang, Young-Wook Lee, Young-Lo Kim, Chul Chung, Chang Hee Ree. Værtsgalakser af tidlig type af type Ia supernovaer. II. Evidens for lysstyrkeudvikling i supernovakosmologi  // The Astrophysical Journal. – 2020-01-20. - T. 889 , nr. 1 . - S. 8 . — ISSN 1538-4357 . doi : 10.3847 /1538-4357/ab5afc . Arkiveret fra originalen den 19. april 2021.
  19. ↑ Findes ikke mørk energi? Nye beviser viser, at forskere leder efter noget, der ikke er der , BBC News Russian Service . Arkiveret fra originalen den 10. april 2021. Hentet 10. april 2021.
  20. ↑ Michele Sasdelli, P.A. Mazzali, E. Pian, K. Nomoto, S. Hachinger. Overflodsstratifikation i Type Ia supernovaer - IV. Den lysende, ejendommelige 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 . Arkiveret fra originalen den 19. januar 2022.
  21. ↑ Paolo A. Mazzali, Stephan Hachinger. Tågespektrene for Type Ia-supernovaen 1991bg: yderligere bevis på en ikke-standardeksplosion: Tågespektrene fra SN 1991bg  // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society  . - Oxford University Press , 2012. - 21. august ( vol. 424 , iss. 4 ). - S. 2926-2935 . - doi : 10.1111/j.1365-2966.2012.21433.x . Arkiveret fra originalen den 20. januar 2022.
  22. ↑ S. Taubenberger, S. Hachinger, G. Pignata, P.A. Mazzali, C. Contreras. Den underlysende Type Ia supernova 2005bl og klassen af ​​objekter, der ligner SN 1991bg★: SN 2005bl  //  Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . - Oxford University Press , 2008. - 13. februar ( vol. 385 , iss. 1 ). - S. 75-96 . — ISSN 0035-8711 . - doi : 10.1111/j.1365-2966.2008.12843.x . - . - arXiv : 0711.4548 . Arkiveret fra originalen den 19. januar 2022.

Links

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier
 supernovaer
Klasser
Fysik
relaterede emner
forgængere
Rester
Opdagelser
Lister
Kendt
  • Kategori:Navigationsskabeloner:Astronomi
  • Commons: Supernovaer