Type Ia supernovae, enkele van de meest gewelddadige en lichtgevende explosies in het heelal, zijn een handig hulpmiddel geworden voor astronomen om de grootte en uitzetting van het heelal zelf te meten. Nieuw onderzoek dat deze week op de American Astronomical Society-bijeenkomst werd gepresenteerd, wijst op de grotere kans dat de fusies van de sterren die deze explosies veroorzaken, witte dwergen, waarschijnlijker zijn dan eerder werd gedacht, en zouden de eigenschappen van sommige Type Ia-supernova's kunnen verklaren die merkwaardig zijn minder licht dan verwacht.
Onderzoek gepresenteerd door Rüdiger Pakmor et al. van het Max-Planck Instituut voor Astrofysica in Garching, Duitsland simuleerde de fusie van twee witte dwergen in een binair systeem, en toonde aan dat deze simulaties overeenkwamen met eerder waargenomen supernova's met vreemde kenmerken, met name die van 1991bg. Die supernova, en anderen die sindsdien werden waargenomen, was merkwaardig minder lichtgevend dan verwacht had kunnen worden als het een Type Ia-supernova was.
Supernovae van het type I komen voor wanneer er twee sterren in een binair systeem om elkaar heen draaien. In één scenario wordt een van de sterren een witte dwerg, een kleine maar zeer dichte ster, en steelt materie van de andere, duwt zichzelf over de Chandrasekhar-limiet - 1,4 keer de massa van de zon - en ondergaat een thermonucleaire explosie.
Een andere oorzaak voor dit soort supernova's kan de samensmelting van beide sterren in het systeem zijn. In het door deze onderzoekers geanalyseerde scenario waren beide sterren witte dwergen van massa's net onder die van de zon: 0,83-0,9 zonsmassa's.
De onderzoekers toonden aan dat naarmate het systeem energie verliest door de emissie van zwaartekrachtgolven, de twee witte dwergen elkaar naderen. Terwijl ze samensmelten, stort een deel van het materiaal in een van de sterren in de andere en verwarmt de koolstof en zuurstof, waardoor een thermonucleaire explosie ontstaat in Type Ia supernovae.
Je kunt hier een animatie bekijken van de gesimuleerde fusie met dank aan de Supernova Research Group van het Max-Planck Institute.
Waarnemingen van supernova's zoals 1991bg laten zien dat ze een kleinere hoeveelheid nikkel 56, ongeveer 0,1 zonsmassa, verbranden dan gewone Type Ia-supernova's, die doorgaans 0,4-0,9 zonsmassa nikkel verbranden. Dit maakt ze minder lichtgevend, omdat het stralingsverval van het nikkel een van de fenomenen is die de lichtgevende weergave van Type Ia supernovae zijn punch geeft.
"Met onze gedetailleerde explosiesimulaties konden we waarnemingen voorspellen die inderdaad nauw overeenkomen met de werkelijke waarnemingen van Type Ia supernovae", zegt Friedrich Röpke, co-auteur van het artikel.
Hun simulaties laten zien dat wanneer de twee witte dwergen samensmelten, de dichtheid van het systeem minder is dan bij typische Type Ia supernovae, en dus minder nikkel wordt geproduceerd. De onderzoekers merken in hun paper op dat dit soort fusies van witte dwergen tussen de 2 en 11 procent van de waargenomen type Ia-supernovae zouden kunnen uitmaken.
Het begrijpen van de mechanismen die deze fantastische explosies veroorzaken, is een noodzakelijke stap om grip te krijgen op zowel de omvang van ons universum als de uitbreiding ervan, evenals de diversiteit van Type Ia supernovae zelf.
Als je meer wilt weten over hun onderzoek en de details van hun computermodellering, is de paper hier beschikbaar op Arxiv. Hun resultaten zullen ook worden gepubliceerd in de editie van 7 januari 2010 van Natuur.
Bron: AAS-persbericht, Arxiv-paper
