En ny slags supernova bevisat existera

 

Astronomer kan ha upptäckt övertygande bevis på en tredje slags supernova som tills nu enbart varit existerande i teorin. En teori som har sin utgång från en händelse för ca 1000 år sedan och som resulterade i bildandet av krabbnebulosan.

 Supernovor i sig är jätteexplosioner som kan inträffa när stjärnor av en viss storlek dör. Dessa utbrott överträffar alla andra solar i dessa händelsers galaxer i ljusstyrka vilket gör dem synliga långt ut i universum.

 I årtionden har forskare känt till två supernovatyper. Stjärnor mer än 10 gånger solens massa kollapsar i sina centra när deras kärnor bränt av sitt bränsle vilket gör att de yttre lagren exploderar och lämnar efter sig en neutronstjärna eller ett svart hål. Däremot brinner stjärnor mindre än åtta gånger solens massa ut med tiden för att lämna en tät kärna av aska känd som en vit dvärg och dessa rester kan dra bränsle på sig själva från följeslagare tills de senare detonerar i en termonukleär explosion. Dit hör vår sol och är det vanligaste slutet för en stjärna då de flesta stjärnor är av denna storlek.

Men stjärnor mellan åtta och tio solmassor bör enligt nuvarande teori explodera på ett annat sätt. Deras inre tryck bör tvinga elektroner att smälta samman med atomkärnorna. Dessa elektroner stöter vid processen då bort varandra och detta bör  leda till ett tryckfall inuti stjärnan. Stjärnans kärna kollapsar då och sätter igång en explosion i de omgivande lagren och lämnar efter sig en neutronstjärna något mer massiv än solen.

En Astrofysiker vid namn Ken'ichi Nomoto vid Tokyos universitet och hans kollegor teoretiserade om sådana "elektronfångst"-supernovor 1980. Under årtiondena sedan utvecklade forskare därefter förutsägelser om vad man skulle leta efter för att finna en sådan elektronfångande supernova eller dess föregående som stjärna. Men de lyckades aldrig bekräfta existensen av en stjärna som detonerat på detta sätt.

I tidigare forskning har föreslagits att om man fann en supernova där elektronfångst skett kunde det hjälpa till att lösa ett tusen år gammalt mysterium.  Supernovan från 1054 e.Kr. som enligt kinesiska och japanska register var så ljus att den kunde ses under dagtid i 23 dagar och på natten i nästan två år. Dess rester blev Krabbnebulosan.

Det har tidigare föreslagits att detta utbrott SN 1054 var en elektronfångst supernova. Men detta var osäkert delvis för att det hände för nästan ett årtusende sedan och det gör att bevisläget är svårt.

Men nu kan en exploderande stjärna som först upptäcktes 2018 vara det första starka exemplet på en elektronfångande supernova. ”Denna upptäckt är en viktig milstolpe i vår förståelse av stjärnutveckling och supernovor – i form av stjärnor som exploderar och vilka stjärnor som inte gör det", säger studiens huvudförfattare Daichi Hiramatsu, astrofysiker vid University of California, Santa Barbara och Las Cumbres Observatory, till Space.com.

Det var en amatörastronom med namnet Koichi Itagaki i Japan som upptäckte supernovan SN 2018zd i mars 2018 cirka tre timmar efter explosionen (då dess ljus nådde jorden). Kort efter att supernovan upptäcktes fick ovan studies medförfattare Schuyler Van Dyk, en senior forskare vid California Institute of Technology i Pasadena en bild från Hubbleteleskopet av supernovan. Efter att ha jämfört detta foto med arkivbilden tagna på samma område av teleskopet identifierades supernovans föregångare, en stjärna i galaxen NGC 2146 cirka 31 miljoner ljusår från jorden. Galax NGC 2146 är en stavgalax i stjärnbilden Giraffen. Baserat på modeller av Nomoto och andra astronomer finns det sex viktiga kriterier för om en stjärnas framtid slutar som en elektronfångst supernova:

 

Den ska ha mellan åtta och tio solmassor. Bland kandidaterna finns gamla uppblåsta röda jättar.

Den borde kasta bort större delen av sin massa innan den exploderar.

Detta material bör mestadels vara i form av helium, kol och kväve men kan även innehålla lite syre.

"Det har att göra med mycket komplicerade fusionsreaktioner under stjärnans liv", samt rörelser i stjärnans yttre lager och vilka element från djupet i stjärnan som muddras upp till ytan, sa Howell. " Stjärnan ska ha en något skiktad struktur precis innan den exploderar med lättare element ovanpå tyngre element. Det mesta av syreskiktet ligger djupare ner."

Explosionen bör vara relativt svag jämfört med andra supernovor. – Den kinetiska energin hos de utstötta gaserna bör vara ungefär en tiondel av den andra supernovasorten, säger Alex Filippenko, astrofysiker vid University of California i Berkeley, till Space.com. (se ovan på supernovasorter)

Supernovan borde ha lite radioaktivt nedfall jämfört med andra supernovors. Till exempel radioaktivt nickel. Det annars stora radioaktiva elementen som supernovor producerar, producerar elektronfångst supernovor bara ungefär en tiondel av exempelvis så mycket radioaktivt nickel som en normal kärnkollapsad supernova och ungefär en hundradel så mycket radioaktiv nickel som en termonukleär supernova, säger Filippenko.

Stjärnan där detta sker bör även ha  massor av neutronrika element i sin kärna.

Bild från vikipedia av NGC 2146 taget av Rymdteleskopet Hubble där ovan händelse skett.