Beschouw het dramatische binaire systeem van RS Ophiuchi. Elke 20 jaar of zo barst het opgehoopte materiaal los als een nova-explosie, waardoor de ster tijdelijk oplicht. Maar dit is slechts een voorloper van de onvermijdelijke catastrofe - wanneer de witte dwerg onder deze gestolen massa instort en vervolgens explodeert als een supernova. Dr. Jennifer Sokoloski bestudeert RS Ophiuchi sinds het eerder dit jaar oplaaide; ze bespreekt wat ze tot nu toe hebben geleerd en wat er gaat komen.
Luister naar het interview: Inevitable Supernova (5,5 MB)
Of abonneer u op de podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser Cain: Wat heb je gezien bij RS Ophiuchi?
Dr. Jennifer Sokoloski: Nou, we keken naar dit binaire systeem dat een nova-explosie had. Als we in de röntgenfoto's kijken, hebben we iets te maken met het feit dat dit binaire bestand eigenlijk een buitengewoon ongebruikelijk systeem is voor een nova. In de meeste novae heb je een binair getal, dus twee sterren, die door de zwaartekracht zijn gebonden en om elkaar heen draaien, en een daarvan is een witte dwerg. Materiaal op het oppervlak van de witte dwerg stapelt zich op en stapelt zich op totdat het zo dicht wordt, en onder zo'n hoge druk en onder zulke warmtecondities dat het een thermonucleaire explosie zal ondergaan. Op een normaal nova-producerend binair bestand werpt het materiaal in relatief vrije ruimte uit. In deze is wat er is gebeurd, dat het dit materiaal in een zeer dichte nevel heeft uitgeworpen. Omdat het in een ongebruikelijke omgeving was. Toen het materiaal dat door de explosie werd uitgestoten door deze nevel crashte, werd het door een schok verwarmd en produceerde het zeer sterke röntgenemissies. Dat is waar we naar keken. Het stelde ons in staat om enkele eigenschappen van dit weggegooide materiaal te bepalen.
Fraser: Laten we eens kijken of ik het goed begrijp, je hebt de witte dwergster en deze gaat rond een andere rode gigantische ster. En er is puin over van de spullen die deze sterren in het verleden hebben afgegeven.
Dr.Sokoloski: Ja, precies, de rode reus heeft normaal gesproken een sterke wind, niet gerelateerd aan de nova. Het produceert een wind en dus voordat de nova zich voordeed, kun je denken dat dit binaire getal verzwolgen wordt door deze dichte nevel, deze dichte wind van de rode reus. En dus toen de nova explodeerde, heeft dit spul al dit materiaal om in te crashen, en dat zorgde ervoor dat het oplichtte, waardoor we iets konden zien dat je normaal niet ziet in een nova.
Fraser: Hoe vaak zou dit gebeuren? Het sleept dit materiaal weg, stapelt het op en explodeert. Hoe vaak gebeurt dat?
Dr. Sokoloski: Dat is een goede vraag, want dat benadrukt nogmaals waarom RS Oph anders is dan de meeste novae. Voor de meeste novae duurt het ongeveer 10.000 jaar voordat het materiaal voldoende is opgestapeld om te ontbranden. In RS Oph duurt het slechts 20 jaar. Het is een van de kortste tijden tussen nova-explosies op dezelfde ster. De reden hiervoor is dat de witte dwerg erg massief is. Als je een witte dwerg hebt die erg massief is, is het zwaartekrachtveld aan de oppervlakte heel erg sterk. Dus terwijl het materiaal zich opstapelt, raakt de wind van de rode reus de witte dwerg en begint zich op te stapelen en op te stapelen. Het is in zo'n sterk zwaartekrachtsveld dat het veld een deel van het verbrijzelen doet. Dus het verplettert het en laat het met veel minder materiaal ontbranden dan op een meer standaard manier met een witte dwerg.
Fraser: Laten we nu zeggen dat we ons in de omgeving van dit systeem bevonden, hoe zou het eruit zien?
Dr.Sokoloski: Je hebt een hele grote rode reus en er waait veel wind uit deze rode reus. En de wind gloeit eigenlijk. Het is eigenlijk zelf gloeiende straling. De nabijgelegen witte dwerg is klein. Het is zo groot als de aarde en de rode reus is veel veel groter - zeg maar 40 keer zo groot als de zon. De witte dwerg heeft waarschijnlijk een schijf eromheen, omdat het systeem een impulsmoment heeft omdat deze twee objecten om elkaar heen draaien. Het materiaal vormt een schijf rond de witte dwerg, en dus heb je de rode reus, de kleine witte dwerg met de accretieschijf. Voordat de nova plaatsvindt, zit het min of meer in die configuratie. Zodra de nova zich voordoet, veranderen de dingen dramatisch. De explosie werpt al dit materiaal uit het oppervlak van de witte dwerg en vernietigt de schijf. De schijf is weggeveegd. Het veroorzaakt een schokgolf die zeer snel naar buiten beweegt. Binnen een dag of twee is de schokgolf groter dan het binaire systeem en beweegt dan naar buiten en naar buiten. We hebben dit waargenomen, eigenlijk binnen de eerste drie weken. En dus tegen die tijd, op dag 2 gedurende de eerste drie weken, kijken we naar de emissie gerelateerd aan deze schokgolf die naar buiten beweegt, is nu veel groter dan de grootte van het binaire bestand.
Fraser: En je zegt dat deze beweging door dit materiaal je een beetje vertelt over wat er aan de hand is. Welke soorten informatie heeft u hieruit kunnen opdoen?
Dr. Sokoloski: Er zijn twee hoofdzaken. Als je kijkt naar de snelheid van de schokgolf, zegt dat iets over de hoeveelheid materiaal die de schok echt duwt. Met name wanneer het materiaal begint te vertragen. Als je bijvoorbeeld het materiaal op de witte dwerg had - een enorme stapel brandstof - en dat ontbrandt en wordt uitgeworpen, als het erg massief is, zou het vrij lang met een constante snelheid naar buiten bewegen, een soort ondoordringbaar voor de nevel. Het zou naar buiten bewegen totdat de nevel een impact begint te krijgen om het te vertragen. We zagen iets dat het tegenovergestelde was. De schokgolf begon bijna onmiddellijk te vertragen. Dus dat vertelt ons dat de hoeveelheid materiaal die de schokgolf veroorzaakt, klein is in vergelijking met de hoeveelheid materiaal in de nevel. Dus door naar de dynamiek van deze schok te kijken, kunnen we meer te weten komen over de hoeveelheid materiaal die zich op het oppervlak van de witte dwerg bevindt, en dat vertelt ons op zijn beurt dat de witte dwerg erg massief is, omdat, zoals ik je eerder zei, om een nova-explosie met heel weinig massa te krijgen, zegt dat dat de witte dwerg zelf erg zwaar moet zijn.
Fraser: En betekent een zware witte dwerg iets?
Dr.Sokoloski: Nou, dit is een van de meest interessante implicaties. Witte dwergen kunnen alleen zo massief worden. Als het te dicht bij een speciaal getal komt, dat is ongeveer 1,4 keer de massa van de zon, explodeert het in een supernova. Het kan gewoon niet meer gewicht dragen dan dat. En dus ontdekten we dat deze witte dwerg in feite precies die limiet heeft. Dus door naar deze kleinere explosie, deze nova, te kijken, zien we dat deze witte dwerg heel dichtbij explodeert in een veel grotere gebeurtenis, een supernova. In feite is dat soort supernova bijzonder interessant voor veel mensen, want dat is wat mensen gebruiken om de uitbreiding van het heelal te bestuderen.
Fraser: Juist, dit is een Type 1A supernova. Wat de implicaties daarvan zijn voor de omgeving van dit arme duo.
Dr.Sokoloski: Nou, als dat gebeurt, zijn alle weddenschappen uitgeschakeld. Ik weet niet wat er eigenlijk met de rode reus zou gebeuren. Maar vanuit ons perspectief, vanuit het perspectief van de aarde, als je niet eens op een onveilige afstand in de buurt van het binaire getal was. Vanaf hier zou het iets heel dramatisch zijn. Je zou omhoog kijken in de lucht en het zou een van de helderste dingen aan de hemel zijn. Het zou niet zo helder zijn als de maan, maar het zou helderder zijn dan welke planeet dan ook. Daarom gebruiken mensen ze voor kosmologie, omdat deze explosies zo helder zijn dat je ze heel ver weg kunt zien in het heelal. Dus een reden waarom het interessant is dat we het zien voordat de ster supernova is geworden, is omdat mensen meestal naar dergelijke systemen kijken nadat ze supernova zijn geworden. En dus hebben we nu de kans om het te proberen te bestuderen en meer te weten te komen over dit soort systemen, voordat de supernova plaatsvindt, en hopelijk zal dat ons helpen om een aantal van de subtiliteiten te begrijpen van hoe helder de supernova is en hoe ze worden gebruikt in de kosmologie.
Fraser: En hoeveel tijd denk je dat je hebt voordat je je onderzoeksonderwerp verliest?
Dr.Sokoloski: Nou, dat zou me de rest van mijn carrière bezig houden, dus ik zou niets verliezen. Maar ik weet het niet. Het is moeilijk om je vraag te beantwoorden, omdat we weten dat hij aan de vooravond staat - hij staat op het punt supernova te worden - maar ik kan je niet zeggen of het morgen of 1000 of 100.000 jaar zal zijn, helaas.
Fraser: Denkt u dat dit binnen het bereik van 100.000 jaar waarschijnlijk is?
Dr.Sokoloski: Dus ja, in die zin, in de tijdschaal van het heelal, in een kosmologische tijdschaal, zal het heel snel gebeuren. Alleen vanuit menselijk perspectief is dat moeilijk te zeggen; of het nu 10.000 of 100.000 jaar is.
Fraser: Nou, laten we zeggen dat het de komende jaren niet explodeert en de bezigheid van je werk niet verandert, waar ga je dan naar op zoek zijn?
Dr.Sokoloski: Dat doet me denken aan het andere antwoord op uw vraag waar u vroeg, wat leren we hiervan. Het andere ding, terwijl we deze explosie naar buiten zagen bewegen, was dat we zagen dat er bepaalde verwachtingen waren over hoe de helderheid zou veranderen als je een perfect bolvormige uitgaande beweging had, met bepaalde andere eigenschappen waarmee mensen associëren - die theoretici die aan deze werken soorten objecten gaan ervan uit. We hebben geconstateerd dat deze eigenschappen niet werden nageleefd, dat de helderheid veel sneller afnam. En dat vertelt ons dat het mogelijk is dat dit geen mooie, nette, bolvormige schaal is. Sommige radio-observaties hebben ons laten zien dat je misschien wel een ringstructuur met jets hebt. We weten dat er stralen zijn, we hebben ze in de radio gezien, en dus doen nu veel mensen hun best om in systemen als deze, in RS Oph zelf en andere stellaire explosies, te begrijpen wat deze structuren produceert die niet eenvoudige sferische uitstroom maar stralen die een veel voorkomend fenomeen zijn bij stellaire explosies en ook in het heelal. Vanuit sterrenstelsels zien mensen stralen, het lijkt een veel voorkomende structuur te zijn. Dus voor RS Oph proberen we te begrijpen, is dit iets dat inherent is aan een nova-explosie, dat de explosie zelf asymmetrisch is en niet op dezelfde sterkte over het hele oppervlak van de ster. Is overal hetzelfde of is het bijvoorbeeld sterker of zwakker aan de polen of aan de evenaar? Of is er mogelijk iets in de omgeving? Omdat dit een dubbelster is, is het een systeem met een voorkeursas en rotatievlak waarmee de ejecta samenwerkt. Materiaal dat zich mogelijk op een schijf rond het binaire bestand bevindt, en dat is wat de structuur produceert die we zien. Dus ik denk dat de volgende stap voor RS Oph is: waarom is het asymmetrisch, waarom krijg je jets?
