Astronomi

Hvordan dannes kobber fra calcium i en supernovaeksplosion?

Hvordan dannes kobber fra calcium i en supernovaeksplosion?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Hvad er den rimelige kæde af reaktioner til dannelse af kobber (63, 29) fra ca (40, 20) under supernovaeksplosion? Og hvordan det vil ske? Jeg forstår ikke teorien bag det. Jeg troede, at reaktionen ville ende ved jern, og nu giver det ikke mening for mig.


Kobber menes ikke at være primært lavet i en supernova. Det menes at være hovedsagelig produceret af s-processen med langsom neutronindfangning på jerntopkerner, der allerede findes inde i en stjerne. Disse reaktioner er endoterm.

Kilden til neutronerne er stadig noget diskuteret, det kan enten være fra henfaldet af $ ^ {13} $ C i relativt lavmasse asymptotiske gigantiske grenstjerner eller er mere sandsynligt fra henfaldet på $ ^ {22} $ Ne i mere massive udviklede stjerner (f.eks. Pignatari et al. 2010).

Nedenfor kan du se en typisk rute til produktion af kobber fra $ ^ {56} $ Fe. Plotens akser er neutronnummer på x-aksen og proton (atom) på y-aksen. Tre neutronfangster efterfølges af et beta-henfald, et neutronfangst, et beta-henfald, derefter yderligere 3 neutronfangere efterfulgt af et andet beta-henfald til dannelse af $ ^ {63} $ Cu.

Netprocessen er $$ ^ {56} { rm Fe} + 7n rightarrow ^ {63} { rm Cu} + 3e + 3 bar { nu} _e $$

Kobberet er så distribueret ind i det interstellare medium ved en senere supernovaeksplosion i samme stjerne.

Hvis der ikke er nogen "frø" jerntopkerner (f.eks. I den første / anden generation af stjerner), kan kobber ineffektivt produceres ved eksplosiv r-proces-neutronindfangning under supernovaeksplosioner. Dette ville dog ikke bidrage meget til det kobber, vi ser på Jorden.


Hubble observerer kalkrige supernovaer

Hubble Space Telescope-billeddannelse (blå: F435W, grøn: gennemsnit (F435W, F606W), rød: F606W) fra værten, NGC 5714, og det umiddelbare miljø fra SN 2003dr. Værtsbilledet er 200 buesekunder på en side, og størrelsen på de enkelte filterbilleder er angivet med den magenta firkant. Placeringen af ​​SN 2003dr vises i midten af ​​hvert zoomede billede, hvor den stiplede cirkel har en radius på 0,2 buesek. Kronåbninger af SExtractor-detekterede kilder er markeret på deres respektive billeder, som er blevet let udjævnet for at hjælpe visuel identifikation af kilder. Afstanden fra NGC 5714 er en buesekund ∼ 160 stk. Kredit: Joseph Lyman et al., 2016.

NASA / ESA Hubble Space Telescope tilbyder et væld af spektakulære billeder af himmellegemer og en enorm mængde videnskabelige data, der er nyttige for astronomer. Et team af forskere fra Storbritannien og Sverige har for nylig brugt Hubble til at undersøge værtsgalakser og miljøer for fem calciumrige supernovaer, der kunne give ny indsigt i udviklingen af ​​stjernesystemer. Deres forskning blev offentliggjort online den 25. Februar i arXiv tidsskrift.

Calciumrige supernovaer, også kaldet calciumrige transienter, er en type supernova, der skubber en overvægt af calcium ud i rummet, mindre lysende end andre supernovatyper og udvikler sig hurtigere. Ifølge tidligere undersøgelser findes en stor del af dem i betydelige afstande fra den nærmeste galakse, langt uden for størstedelen af ​​stjernelyset. Det antages, at denne type forbigående kan være en stor producent af calcium i universet.

Forskerne, ledet af Joseph Lyman fra University of Warwick, UK, ansatte Hubbles Advanced Camera for Surveys / Wide Field Channel (ACS / WFC) og Wide Field Camera 3 (WFC3) til at opnå billeder af fem calciumrige supernovaer, blandt hvilke tre udviser store forskydninger, og to er sammenfaldende med disken fra deres værter.

"Vores prøve består af fem eksempler på den calciumrige supernovaklasse, der blev målrettet mod Hubble for to baner hver," skrev forskerne i et papir, der blev offentliggjort på arXiv.

Supernovaerne, der ligger langt uden for deres værter, betegnes SN 2003dr, SN 2005E og SN 2007ke og blev observeret ved hjælp af ACS. Forskerne fandt ingen opdagede kilder, der lå til grund for placeringen af ​​disse supernovaer, der udelukkede tilstedeværelsen af ​​massive stjerner, dværggalakser og kuglehobe på disse steder.

SN 2003dr er den mest interessante i denne gruppe, da den er ret kompleks. Den ligger forskudt langs mindre akse i galaksen og dermed uden for disklyset, skønt det er relativt tæt i lineær afstand. Hubble-billeder viser også en stærk tidevandsfunktion, der passerer gennem placeringen af ​​denne supernova langs den sydlige og vestlige side af galaksen.

De to calciumrige transienter, der ser ud til at være i synsfelt med skiverne af galakser af sen type, ved navn SN 2001co og SN 2003dg, blev afbildet af Hubbles WFC3. Holdet opdagede, at de begge viser stærk ujævn stjernedannelse og betydelige støvbaner - typisk for deres morfologiske typer.

"I begge tilfælde vises den forbigående placering tæt på regioner med stjernedannelse. (…) Desuden er manglen på skelne underliggende kilder på deres lokaliteter i overensstemmelse med resultaterne for den eksterne prøve, selv om der i disse tilfælde klart er en underliggende stjernepopulation fra den galaktiske disk, "lyder papiret.

Takket være den nye forskning er næsten alle calciumrige supernovaer, der ligger inden for 300 millioner lysår, blevet observeret i detaljer. Undersøgelsen bekræftede også, at størstedelen af ​​værtsgalakser af disse transienter er forstyrrede eller sammensmeltende systemer.

Men hvordan disse calciumrige supernovaer form diskuteres stadig. Det kan skyldes hvide dværgfusioner med neutronstjerner på grund af sammenbrud af massive stjerner. Ifølge Lyman kan mekanismen til supernovaeksplosionen få neutronstjernen til at blive "sparket" til meget høje hastigheder.

"Dette højhastigheds-system kan så slippe væk fra sin galakse, og hvis det binære system overlever sparket, vil den hvide dværg og neutronstjernen fusionere og forårsage den eksplosive forbigående," sagde Lyman.

Forskerne konkluderede, at når nye medlemmer af klassen dukker op, vil det være klogt at yderligere teste denne tilsyneladende bias af calciumrig supernova-produktion i forstyrrede og sammensmeltende systemer.


AFDELING FYSIK OG ASTRONOMI

6. august 2020

Ovenstående billede: Kunstnerens fortolkning af den calciumrige supernova 2019ehk. Vist i orange er det calciumrige materiale skabt i eksplosionen. Lilla farvning repræsenterer gas, der er afskåret af stjernen lige før eksplosionen, som derefter frembragte lys røntgenemission, når materialet kolliderede med supernova-stødbølgen. Billedkredit: Aaron M. Geller, Northwestern University

Det meste af calcium i universet & # 8212 inklusive selve calcium i vores tænder og knogler & # 8212 blev skabt i den sidste gisp af døende stjerner.

Kaldet & # 8220kalciumrige supernovaer, & # 8221 disse stjerneksplosioner er så sjældne, at astrofysikere har kæmpet for at finde og efterfølgende studere dem. Naturen af ​​disse supernovaer og deres mekanisme til at skabe calcium er derfor forblevet undvigende.

Nu har et Northwestern University-ledet team potentielt afdækket den sande natur af disse sjældne, mystiske begivenheder. For første gang nogensinde undersøgte forskerne en calciumrig supernova med røntgenbilleddannelse, som gav et hidtil uset glimt af stjernen i den sidste måned af dens liv og ultimative eksplosion.


Vis os månens klipper

Figur 2. Forudsagte værdier for fordelingsfaktoren for måneprøver. Det venstre panel er til materiale, der ankommer fra 20 grader sydlig bredde (i forhold til månens rotationsakse), som er mod Sco-Cen-foreningen. Det højre panel er til materiale, der ankommer til 65 ° sydlig bredde, svarende til Tuc-Hor-regionen (som er regionen, som forfatterne forudsagde for supernovaens oprindelse). De gule cirkler repræsenterer landingsseværdighederne for Apollo-missionerne, der erhvervede måneprøver. Figur 2 fra dagens papir.

Der er tilfældigvis et sådant sted kun 239.000 miles væk! Jern-60 deponeret i månens regolit af en sådan supernova ville ikke have lidt under virkningerne forårsaget af en atmosfære eller hav, hvilket betyder, at deres oprindelige bane ville blive bevaret inden for ca. 1 grad (denne 1 grad viste sig at være den omtrentlige afbøjning på grund af interplanetarisk effekter). Hvis du har virkelig god hukommelse, husker du måske, at vi gik til månen for over 43 år siden og bragte over 800 pund måneprøver tilbage! Skønt Apollo-landingerne var på lignende månebredder (Figur 2), kunne sammenligning af jern-60-indholdet i disse prøver bedre begrænse placeringen af ​​supernovaen på himlen, og forfatterne forudsiger, at disse prøver afslører forskellige forskelle i overfladen af ​​jern-60 på forskellige månesteder. Indsamling af flere måneprøver fra forskellige breddegrader og tidsperioder kan hjælpe med at finde flere nærliggende supernovaer, der eksploderede tidligere, selvom vi indtil da sidder fast med havets irritation og en atmosfære.


Eksploderende stjerner skabte calcium i vores knogler og tænder, siger undersøgelsen

Ifølge en ny undersøgelse kom calcium i vores knogler og tænder sandsynligvis fra stjerner, der eksploderer i supernovaer og spreder dette mineral over hele universet.

Vi er virkelig lavet af stjernespil, som den berømte astronom Carl Sagan engang sagde.

Faktisk kom halvdelen af ​​calcium i universet sandsynligvis fra calciumrige supernovaer. Men disse eksplosioner har vist sig at være utroligt sjældne begivenheder, som forskere har haft svært ved at observere og analysere, så de var ikke sikre på, hvordan calcium blev skabt.

Eksplosioner og fusioner af stjerner er også kendt for at skabe andre tunge elementer, som guld og platin. Men calcium har præsenteret mere af et mysterium.

Det ændrede sig, da et globalt team på næsten 70 forskere fra hele verden samarbejdede efter at have modtaget et tip fra en amatørastronom. Undersøgelsen blev offentliggjort onsdag i The Astrophysical Journal.

I april 2019 observerede Joel Shepherd et lyst udbrud, da han observerede spiralgalaksen kaldet Messier 100, som er 55 millioner lysår væk, gennem hans teleskop. Han spionerede også en prik, der var lys orange. Shepherd delte sin observation med astronomisamfundet gennem en undersøgelse.

Nyhederne spredte sig som en brand i samfundet, og teleskoper fra hele verden var rettet mod galaksen og dens anomali. Arrangementet fik navnet SN2019ehk.

NASA & # 8217s kredser om Neil Gehrels Swift Observatory, Lick Observatory i Californien og W.M. Keck Observatory på Hawaii, som forskere ved Northwestern University kan få adgang til eksternt, alle blev vendt mod anomali.

De anmodede om, at Keck observerede begivenheden i optisk lys, mens University of California Santa Barbara kandidatstuderende Daichi Hiramatsu brugte Swift-observatoriet til at observere det i røntgen og ultraviolet lys.

Disse opfølgningsobservationer af begivenheden fandt sted omkring 10 timer efter, at supernovaen blev opdaget, og røntgenemissioner fra eksplosionen var kun synlige i cirka fem dage, før de forsvandt fra synspunktet.

& # 8220Observing supernovaes in hours of explosion is the new & # 8216it & # 8217 thing in our field just now, & # 8221 sagde Wynn Jacobson-Galan, studieforfatter, førsteårs nordvestlige kandidatstuderende og National Science Foundation Graduate Research Fellow, via e-mail.

& # 8220Som denne supernova afsløres, når du opdager noget så ungt, har du nu adgang til de sidste øjeblikke i stjernens liv lige før eksplosionen. & # 8221

Den ultimative calciumrige supernova

Faktisk havde forskere observeret en calciumrig supernova. Røntgenstrålerne afslørede spændende ny information om eksplosionen og selve stjernen, før den eksploderede.

& # 8220Stjernerne, der er ansvarlige for calciumrige supernovaer, kaster lag af materiale de sidste måneder før eksplosionen, sagde Jacobson-Galan. & # 8220Røntgenstrålerne er resultatet af eksplosionen, der voldsomt kolliderer med dette udkastede materiale og stimulerer en strålende burst af højenergifotoner. & # 8221

Eksplosionens varme og tryk driver faktisk den kemiske reaktion, der skaber calcium, sagde forskerne.

Normalt produceres kun en lille mængde calcium af hver stjerne, da den brænder gennem sin tilførsel af helium. Men når der opstår en calciumrig supernova, oprettes og frigives massive mængder calcium på få sekunder.

Eksplosionen forsøger at køle ned, sagde Raffaella Margutti, seniorforfatter og assisterende professor i fysik og astronomi i det nordvestlige Weinberg College of Arts and Sciences. & # 8220Det ønsker at give væk sin energi, og calciumemission er en effektiv måde at gøre det på. & # 8221

Dette sker, fordi den varme kugle af materiale skabt af eksplosionen forsøger at nå en ligevægt med sit miljø, sagde Jacobson-Galan.

& # 8220Kalciumrige supernovaer producerer lige nok ekstra calcium i eksplosionen til at give et effektivt middel til at udsende fotoner, der igen frigiver varme, & # 8221 sagde han. & # 8220Nature vælger den mindste modstandsvej, og calcium giver den vej, når der er nok af det i en supernova. & # 8221

Og SN 2019ehk udsendte det mest calcium, der nogensinde er observeret en enkelt begivenhed, sagde forskerne.

& # 8220Det var ikke bare kalkrig, sagde Margutti. & # 8220Det var den rigeste af de rige. & # 8221

Hubble-rumteleskopet har observeret denne galakse i de sidste 25 år, men har faktisk aldrig registreret den bestemte stjerne, der forårsagede denne calciumrige eksplosion. Det er sandsynligt, fordi det var meget svagt, enten en hvid dværg eller en død eksploderet kerne af en stjerne eller en meget lavmassestjerne, sagde Jacobson-Galan.

& # 8220Uden denne eksplosion ville du ikke vide, at noget nogensinde var der, "tilføjede Margutti. & # 8220Ikke engang Hubble kunne se det. & # 8221

Denne svage natur gælder muligvis også for calciumrige supernovaer sammenlignet med almindelige supernovaer, der opstår, når massive stjerner dør.

& # 8220Dette gør det vanskeligt at finde nye calciumrige supernovaer at se store afstande fra jorden, & # 8221 Jacobson-Galan sagde. & # 8220Fremtidige teleskopundersøgelser, der kan scanne himlen hver nat og se længere ud i rummet, vil opdage mange flere af disse supernovaer. & # 8221

Dette inkluderer det kommende Vera Rubin Observatory.

Videnskabernes fund antydede, at stjernerne, der er ansvarlige for disse eksplosioner, skal gennemgå en slags ustabilitet, som derefter forårsager udstødning af stjernens ydre lag lige før eksplosionen, sagde han.

Forskerne arbejder på en opfølgende undersøgelse, der inkluderer, hvordan supernovaen udvikler sig efter eksplosionen.

De fokuserer også deres søgning for at inkludere røntgenemissioner fra calciumrige supernovaer, hvilket var helt uventet indtil denne observation.

& # 8220Vi designer observationsstrategier, der giver os mulighed for at finde en supernova, når de er meget unge (og svage) og straks genudpeger røntgenfartøjet for at fange den lyse, men kortvarige røntgenemission, & # 8221 Margutti sagde.


Abstrakt

Vi præsenterer observationer og modellering af SN 2016hnk, en Ca-rig supernova (SN), der er i overensstemmelse med at være resultatet af en He-shell dobbelt-detonationseksplosion af en C / O hvid dværg. Vi finder ud af, at SN 2016hnk er iboende rød i forhold til typisk termonuklear SNe og har en relativt lav spidslysstyrke (MB = -15,4 mag), der adskiller den fra SNe Ia med lav lysstyrke. SN 2016hnk har en hurtigt stigende lyskurve, der er konsistent med andre Ca-rige transienter (t r = 15 dage). Vi bestemmer, at SN 2016hnk producerede 0,03 ± 0,01 M o˙ af 56Ni og 0,9 ± 0,3 M o˙ af udkast. De fotosfæriske spektre viser stærk Ca II-absorption med høj hastighed og signifikant linjetæppe ved λ & lt 5000 Å, hvilket gør det adskilt fra typisk (SN 2005E-lignende) Ca-rig SNe. SN 2016hnk ligner bemærkelsesværdigt SN 2018byg, som blev modelleret som en He-shell dobbelt-detonationseksplosion. Vi demonstrerer, at spektrene og lyskurverne i SN 2016hnk er godt modelleret af detonationen af ​​en 0,02 M heliumskal på overfladen af ​​en 0,85 M C / O hvid dværg. Denne analyse fremhæver det andet observerede tilfælde af en He-shell dobbeltdetonation og antyder en specifik termonuklear eksplosion, der er fysisk adskilt fra SNe, der er defineret simpelthen ved deres lave lysstyrke og stærke [Ca ii] -emission.


Calciumrig supernova undersøgt med røntgenstråler for første gang

Kunstnerens fortolkning af den calciumrige supernova 2019ehk. Vist i orange er det calciumrige materiale skabt i eksplosionen. Lilla farvning repræsenterer gas, der er afskåret af stjernen lige før eksplosionen, som derefter frembragte lys røntgenemission, når materialet kolliderede med supernova-stødbølgen. Kredit: Aaron M. Geller / Northwestern University

Halvdelen af ​​al calcium i universet - inklusive selve calcium i vores tænder og knogler - blev skabt i den sidste gisp af døende stjerner.

Kaldet "calciumrige supernovaer", disse stjerneksplosioner er så sjældne, at astrofysikere har kæmpet for at finde og efterfølgende studere dem. Naturen af ​​disse supernovaer og deres mekanisme til at skabe calcium er derfor forblevet undvigende.

Nu har et Northwestern University-ledet team potentielt afdækket den sande natur af disse sjældne, mystiske begivenheder. For første gang nogensinde undersøgte forskerne en calciumrig supernova med røntgenbilleddannelse, som gav et hidtil uset glimt af stjernen i den sidste måned af dens liv og ultimative eksplosion.

De nye fund afslørede, at en calciumrig supernova er en kompakt stjerne, der kaster et ydre lag af gas i de sidste faser af sit liv. Når stjernen eksploderer, kolliderer dens materie med det løse materiale i den ydre skal og udsender lyse røntgenstråler. Den samlede eksplosion forårsager intenst varme temperaturer og højt tryk, hvilket fører til en kemisk reaktion, der producerer calcium.

”Disse begivenheder er så få i antal, at vi aldrig har vidst, hvad der producerede calcium-rig supernova,” sagde Wynn Jacobson-Galan, en førsteårsstuderende fra det nordvestlige USA, der ledede undersøgelsen. "Ved at observere, hvad denne stjerne gjorde i sin sidste måned, inden den nåede sin kritiske, tumultue ende, kiggede vi ind på et sted, der tidligere var uudforsket, og åbnede nye veje til studier inden for forbigående videnskab."

"Før denne begivenhed havde vi indirekte information om, hvad calciumrige supernovaer måske eller måske ikke er," sagde Northwestern's Raffaella Margutti, en seniorforfatter af undersøgelsen. "Nu kan vi med sikkerhed udelukke flere muligheder."

Forskningen vil blive offentliggjort den 5. august i Den astrofysiske tidsskrift. Næsten 70 medforfattere fra mere end 15 lande bidrog til papiret.

Margutti er assisterende professor i fysik og astronomi i Northwestern's Weinberg College of Arts and Sciences og medlem af CIERA (Center for tværfaglig efterforskning og forskning inden for astrofysik). Jacobson-Galan er NSF-stipendiat i Marguttis forskningsgruppe for forbigående.

Hubble-rumteleskopbillede af SN 2019ehk i sin spiralværtsgalakse, Messier 100. Billedet er en komposit lavet af billeder før og efter eksplosion. Kredit: CTIO / SOAR / NOIRLab / NSF / AURA / Northwestern University / C. Kilpatrick / University of California Santa Cruz / NASA-ESA Hubble Space Telescope

'Et globalt samarbejde blev antændt'

Amatørastronom Joel Shepherd så først den lyse burst, kaldet SN2019ehk, mens han stirrede i Seattle. Den 28. april 2019 brugte Shepherd sit nye teleskop til at se Messier 100 (M100), en spiralgalakse, der ligger 55 millioner lysår fra Jorden. Den næste dag dukkede en lys orange prik op i rammen. Shepherd rapporterede anomalien til en astronomisk undersøgelse fra samfundet.

”Så snart verden vidste, at der var en potentiel supernova i M100, blev et globalt samarbejde antændt,” sagde Jacobson-Galan. "Hvert eneste land med et fremtrædende teleskop vendte sig om for at se på dette objekt."

Dette omfattede førende observatorier i USA såsom NASAs Swift Satellite, W.M. Keck Observatory på Hawaii og Lick Observatory i Californien. Det nordvestlige hold, der har fjernadgang til Keck, var et af de mange hold verden over, der udløste dets teleskoper for at undersøge SN2019ehk i optiske bølgelængder. University of California Santa Barbara kandidatstuderende Daichi Hiramatsu var den første til at udløse Swift til at studere SN2019ehk i røntgen og ultraviolet. Hiramatsu er også en personaleforsker ved Las Cumbres Observatory, som spillede en afgørende rolle i overvågningen af ​​den langsigtede udvikling af denne supernova med sit globale teleskopnetværk.

Den verdensomspændende opfølgningsoperation bevægede sig så hurtigt, at supernovaen blev observeret kun 10 timer efter eksplosionen. Røntgenemissionen, der blev opdaget med Swift, dvælede kun i fem dage og forsvandt derefter helt.

”I transienternes verden er vi nødt til at opdage tingene meget, meget hurtigt, før de falmer,” sagde Margutti. "Oprindeligt ledte ingen efter røntgenstråler. Daichi bemærkede noget og advarede os om det mærkelige udseende af, hvad der lignede røntgenstråler. Vi kiggede på billederne og indså, at der var noget. Det var meget mere lysende end nogen ville have haft nogensinde tænkt. Der var ingen allerede eksisterende teorier, der forudsagde, at calciumrige transienter ville være så lysende i røntgenbølgelængder. "

'De rigeste af de rige'

Mens alt calcium kommer fra stjerner, pakker calciumrige supernovaer det mest kraftfulde slag. Typiske stjerner skaber små mængder calcium langsomt gennem brændende helium gennem hele deres liv. Calciumrige supernovaer producerer derimod massive mængder calcium inden for få sekunder.

”Eksplosionen forsøger at køle ned,” forklarede Margutti. "Det ønsker at give væk sin energi, og calciumemission er en effektiv måde at gøre det på."

Ved hjælp af Keck opdagede det nordvestlige hold, at SN 2019ehk udsendte det mest calcium, der nogensinde er observeret i en enestående astrofysisk begivenhed.

”Det var ikke kun kalkrig,” sagde Margutti. "Det var den rigeste af de rige."

SN2019ehks korte lysstyrke fortalte en anden en historie om dens natur. De nordvestlige forskere mener, at stjernen kaste et ydre lag af gas i sine sidste dage. Da stjernen eksploderede, kolliderede dens materiale med dette ydre lag for at frembringe en lys, energisk burst af røntgenstråler.

"Lysstyrken fortæller os, hvor meget materiale stjernen kaste, og hvor tæt det materiale var på stjernen," sagde Jacobson-Galan. "I dette tilfælde mistede stjernen en meget lille mængde materiale lige før den eksploderede. Det materiale var stadig i nærheden."

Selvom Hubble-rumteleskopet havde observeret M100 i de sidste 25 år, registrerede den magtfulde enhed aldrig stjernen - som oplevede sin endelige udvikling - ansvarlig for SN2019ehk. Forskerne brugte Hubble-billederne til at undersøge supernova-stedet, før eksplosionen opstod og siger, at dette er endnu et fingerpeg om stjernens sande natur.

”Det var sandsynligvis en hvid dværg eller en meget massiv stjerne,” sagde Jacobson-Galan. "Begge disse ville være meget svage."

"Uden denne eksplosion ville du ikke vide, at der nogensinde var noget der," tilføjede Margutti. "Ikke engang Hubble kunne se det."


En feltguide til Supernova Spectra

Af: Leif J. Robinson 21. juli 2006 0

Få artikler som denne sendt til din indbakke

Supernovatyper er kendetegnet ved deres kemi og lyskurver.

S&T illustration kilde: Astronomy and Astrophysics Encyclopedia (1994).

"Genoplivningen af ​​amatørspektroskopi", lavopløsningsspektre af objekter så svage som størrelsesorden 13 eller deromkring er tilgængelige for beskedent amatørudstyr. (Et par overlejrede 20-minutters eksponeringer med et 12-tommers teleskop eller deromkring skulle give et passende billede.) Men hvordan ser supernovaespektre ud & # 8212 især kort efter udbruddet begynder & # 8212 som fanget af små teleskoper og lav- opløsningsspektrografer?

Her er din feltguide. For at forberede det startede vi med kalibrerede spektre med høj opløsning leveret af Alexei Filippenko (University of California, Berkeley). For at simulere Gavins CCD-resultater nedbrudte vi derefter spektrene til en opløsning på 50 ångstrøm pr. Pixel. Endelig og med dramatiske resultater ændrede vi intensiteten langs hvert spektrum for at afspejle variationer i den ufiltrerede følsomhed af populære CCD-chips & # 8212 KAF-0400 fra Kodak og ICX055BL fra Sony. Således, hvad du ser her, er hvad du får! (Astrofotografer, der bruger panchromatiske emulsioner, optager spektre, der ligner originalerne.)

Nedenfor er suiter af spektre til forskellige supernovaer for at se alle fem sæt spektre, klik her. Følgende beskrivelser er stort set hentet fra noter leveret af Filippenko. Man skal huske på, at forfædrene til Type II supernovaer er heterogene, så det er ikke overraskende, at deres spektre også er heterogene.

Disse eksempler på supernovaspektre er afbildet både som intensitetssporinger og som simulerede CCD-billeder, sorte prikker markerer iøjnefaldende træk identificeret i & # 039Original & # 039-spektret.


Binary Star's Sjældne Supernova-eksplosion forurenede sin fantastiske ven med calcium

Astronomer har opdaget en sjælden stjerne fuld af calcium, der kunne lære os mere om de stjerneksplosioner, der kaldes supernovaer.

Det er en historie om kærlighed og død, hvor to stjerner kredser om det samme punkt - et binært stjernesystem - indtil en dag den større stjerne eksploderer og oversvømmer sin kammerat med materiale. En undersøgelse i Nature Astronomy fandt, at forskerne opdagede en stjerne i resterne af supernovaen, der var sammenlignelig i størrelse med vores sol, men dens atmosfære er ”stærkt forurenet med calcium og andre grundstoffer” for at have dem i koncentrationer mange gange større end solen. Det kan betyde, at supernovaen er en del af en "klasse af calciumrige supernovaer ... hvis oprindelse debatteres stærkt."

Disse supernovaer er sjældne, så at opdage en anden kan hjælpe forskere med at forstå, hvordan de fungerer.

Lomonosov Moscow State University, der havde en astrofysiker, der ledede forskningen, forklarede, at der i supernovaresten er en neutronstjerne, hvilket ville være det, der er tilbage af den eksploderede kæmpe, som kan detekteres fra røntgenstråler. Men der er også en sollignende stjerne, der kan ses i de optiske bølgelængder - dem, der inkluderer ultraviolet, synligt lys og infrarødt.

Astrofysikere har fundet et binært stjernesystem forurenet med calcium i hjertet af en supernova-rest. Foto: Vasilii Gvaramadze

En supernova er den største mulige eksplosion i det ydre rum og opstår, når en stjerne får for meget masse. Det kan ske, fordi det er en gammel stjerne, eller i tilfælde af nogle binære stjerner, fordi den fortærede sin ledsager.

”Det ville se smukt ud tæt på, lige indtil energiintensiteten fordampede dig,” forklarede astrofysiker Neil deGrasse Tyson. ”En af de største begivenheder i universet. … Sker måske kun en gang pr. Århundrede pr. Galakse. ”

Hvis du ønsker at få et forreste række til en, er du ude af lykke - NASA sagde, at solen bare ikke er stor nok til at forårsage en supernova, når den er klar til at dø.

Vasilii Gvaramadze, ledende videnskabsmand fra Lomonosov Moscow State University, sagde, at hans team vil fortsætte med at studere det nye binære system i håb om at forstå, hvordan stjernerne kredser, hvordan neutronstjernen var, før den eksploderede, og niveauerne af andre elementer i solen- som stjernens atmosfære.

Tidligere troede forskere generelt, at calciumrige supernovaer blev dannet med gamle stjerner, der har brugt alt deres brændstof, når der er en "detonation" i en heliumskal omkring stjernen, sagde universitetet. Men de nye fund "indebærer, at en stor mængde calcium under visse omstændigheder også kunne syntetiseres ved eksplosion af massive stjerner i binære systemer."

At lære om disse rumeksplosioner giver os spor om, hvordan vores univers fungerer. ”En slags supernova har vist forskere, at vi lever i et voksende univers, en der vokser i en stadigt stigende hastighed,” sagde NASA. ”Forskere har også fastslået, at supernovaer spiller en nøglerolle i distributionen af ​​elementer i hele universet. Når stjernen eksploderer, skyder den elementer og affald ud i rummet. Mange af de elementer, vi finder her på Jorden, er lavet i stjernernes kerne. Disse elementer rejser videre og danner nye stjerner, planeter og alt andet i universet. ”


Mulig ny type Supernovaer sætter calcium i dine knogler

KAMUELA, HI - Nye data fra flere teleskoper, herunder W. M. Keck Observatory, antyder at astronomer måske har identificeret en ny type supernovaer. Det antages, at stjernedøden stammer fra en stjerne, der var en hvid masse med lav masse, der akkumulerede helium fra en ledsagerstjerne. Da den hvide dværg eksploderede, var omkring halvdelen af ​​massen, der blev udskudt fra supernovaen, i form af calcium. Fundet antyder, at et par supernovaer, som denne eksploderer hvert 100. år, ville producere den høje overflod af calcium, der observeres i galakser som Mælkevejen, og det calcium, der findes i livet på Jorden.

Supernovaen, SN 2005E, blev opdaget for fem år siden af ​​University of California, Berkeley's Katzman Automatic Imaging Telescope (KAIT), og er en af ​​kun otte kendte "calciumrige supernovaer", der ser ud til at adskille sig fra de to hovedklasser af supernovaer: Type Ia-supernovaer, der antages at være gamle, hvide dværgstjerner, der akkreterer stof fra en ledsager, indtil de gennemgår en termonuklear eksplosion, der blæser dem helt fra hinanden, og Type Ib / c eller Type II supernovaer, menes at være varme, massive og korte -levede stjerner, der eksploderer og efterlader sorte huller eller neutronstjerner.

I det forløbne årti har robotteleskoper vendt astronomernes opmærksomhed mod skåle af mærkelige eksploderende stjerner, engangsartikler, der måske eller måske ikke peger på ny og usædvanlig fysik. ”Med det store antal supernovaer, vi opdager, opdager vi underlige dem, der kan repræsentere forskellige fysiske mekanismer sammenlignet med de to velkendte typer eller måske bare være variationer på standardtemaerne,” sagde Alex Filippenko, KAIT-direktør. og UC Berkeley professor i astronomi. "Men SN 2005E var en anden slags" bang. "Det og de andre calciumrige supernovaer kan være en ægte underordner, ikke bare en slags."

Filippenko er medforfatter af et papir, der vises i tidsskriftet 20. maj Natur beskriver SN 2005E og fremlægge beviser for, at den oprindelige stjerne var en lavmasse hvid dværg, der stjal helium fra en binær ledsager, indtil temperaturen og trykket antændte en termonuklear eksplosion - en massiv fusionsbombe - der i det mindste blæste stjernens ydre lag af og måske sprængte hele stjernen i stykker. Holdet af astronomer blev ledet af Hagai Perets, nu ved Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, og Avishay Gal-Yam fra Weizmann Institute of Science i Rehovot, Israel.

I november 2009, Filippenko og tidligere UC Berkeley postdoktor Dovi Poznanski, i øjeblikket ved Lawrence Berkeley National Laboratory og også medforfatter på Natur papir, rapporterede en anden supernova, SN 2002bj, som de mener eksploderer ved en lignende mekanisme: antændelse af et heliumlag på en hvid dværg.

”SN 2002bj svarer uden tvivl til SN 2005E, men har også nogle klare observationsforskelle,” sagde Filippenko. “It was likely a white dwarf accreting helium from a companion star, though the details of the explosion seem to have been different because the spectra and light curves differ.” Astronomers have so far found only one example of this supernova.

Filippenko and UC Berkeley research astronomer Weidong Li first reported an unusual calcium-rich supernova in 2003, and since then, KAIT has discovered several more, including SN 2005E on Jan. 13, 2005. Because these supernovae, like Type Ib, show evidence for helium in their spectra shortly after they explode, and because in the later stages they show strong calcium emission lines, the UC Berkeley astronomers were the first to refer to them as “calcium-rich Type Ib supernovae.”

It was SN 2005E, which went off about 110 million years ago in the spiral galaxy NGC 1032 in the constellation Cetus, that initially drew the attention of Perets, Gal-Yam and their colleagues. Using data provided by Filippenko and Li, and taken by the W. M. Keck Observatory in Hawaii, the Palomar Observatory in California and the Liverpool Observatory in the United Kingdom, they created a detailed picture of the explosion. The small amount of mass ejected in the explosion, estimated at 30 percent the mass of the Sun, and the fact that the galaxy in which the explosion occurred was old with few hot, giant stars, led them to the conclusion that a low-mass white dwarf was involved.

The newly discovered supernova threw off unusually high levels of the elements calcium and radioactive titanium, which are the products of a nuclear reaction involving helium rather than carbon and oxygen that are involved in Type Ia supernovae.

“We know that SN 2005E came from the explosion of an old, low-mass star because of its specific location in the outskirts of a galaxy devoid of recent star formation,” Filippenko said. “And the presence of so much calcium in the ejected gases tells us that helium must have exploded in a nuclear runaway.”

The paper’s authors note that, if these eight calcium-rich supernovae are the first examples of a common, new type of supernovae, they could explain two puzzling observations: the abundance of calcium in galaxies and in life on Earth, and the concentration of positrons – the anti-matter counterpart of the electron – in the center of galaxies. The latter could be the result of the decay of radioactive titanium-44, produced abundantly in this type of supernova, to scandium-44 and a positron, prior to scandium’s decay to calcium-44. The most popular explanation for this positron presence is the decay of putative dark matter at the core of galaxies.

“Dark matter may or may not exist,” says Gal-Yam, “but these positrons are perhaps just as easily accounted for by the third type of supernova.”

Filippenko and Li hope that KAIT and other robotic telescopes scanning distant galaxies every night in search of new supernovae will turn up more examples of calcium-rich or even stranger supernovae, which can then be observed with larger telescopes such as Keck.

“The research field of supernovae is exploding right now, if you’ll pardon the pun,” Filippenko said. “Many supernovae with peculiar new properties have been found, pointing to a greater richness in the physical mechanisms by which nature chooses to explode stars.”


Se videoen: V Gvaramadze (Oktober 2022).