Superluminøs supernova - Superluminous supernova

NASA -kunstners indtryk af eksplosionen af SN 2006gy , en superluminøs supernova

En superlysende supernova ( SLSN , flertals superlysende supernovaer eller SLSNe ) er en form for stjerneksplosion med en lysstyrke 10 eller flere gange højere end standard supernovaer . Ligesom supernovaer synes SLSNe at være produceret af flere mekanismer, som let afsløres af deres lyskurver og spektre . Der er flere modeller for hvilke betingelser kan frembringe en SLSN, herunder kerne sammenbrud i særligt tunge stjerner , millisekund magnetarer , interaktion med circumstellar materiale (CSM model), eller par-ustabilitet supernovaer .

Den første bekræftede superluminøse supernova forbundet til et gammastråleudbrud blev først fundet i 2003, da GRB 030329 belyste Leo -stjernebilledet . SN 2003dh repræsenterede en stjernes død 25 gange mere massiv end solen, hvor materiale sprængtes ud med over en tiendedel af lysets hastighed.

I juni 2018 blev AT2018cow opdaget og fundet at være en meget kraftig astronomisk eksplosion, 10 - 100 gange lysere end en normal supernova.

I dag menes det, at stjerner med M ≥ 40 M _☉ producerer superluminøse supernovaer.

Klassifikation

Opdagelser af mange SLSNe i det 21. århundrede viste, at de ikke kun var mere lysende i en størrelsesorden end de fleste supernovaer, at deres rester sandsynligvis heller ikke var drevet af det typiske radioaktive henfald, der er ansvarlig for de observerede energier fra konventionelle supernovaer.

SLSNe-begivenheder bruger et separat klassifikationsskema til at skelne dem fra de konventionelle type Ia , type Ib/Ic og type II- supernovaer, der groft skelner mellem den spektrale signatur af hydrogenrige og brintfattige begivenheder.

Hydrogenrige SLSNe er klassificeret som type SLSN-II, med observeret stråling, der passerer gennem den skiftende opacitet af en tyk ekspanderende brintkonvolut. De fleste brintfattige begivenheder er klassificeret som type SLSN-I, med sin synlige stråling produceret fra en stor ekspanderende kappe af materiale drevet af en ukendt mekanisme. En tredje mindre almindelig gruppe af SLSNe er også brintfattig og unormalt lysende, men klart drevet af radioaktivitet fra ⁵⁶ Ni .

Stigende antal opdagelser finder ud af, at nogle SLSNe ikke passer rent ind i disse tre klasser, så yderligere underklasser eller unikke begivenheder er blevet beskrevet. Mange eller alle SLSN-I viser spektre uden hydrogen eller helium, men har lyskurver, der kan sammenlignes med konventionelle type Ic-supernovaer, og er nu klassificeret som SLSN-Ic. PS1-10afx er en usædvanligt rød brintfri SLSN med en ekstremt hurtig stigning til en næsten rekordhøjeste lysstyrke og en usædvanlig hurtig tilbagegang. PS1-11ap ligner en type Ic SLSN, men har en usædvanlig langsom stigning og nedgang.

Astrofysiske modeller

En lang række årsager er blevet foreslået til at forklare begivenheder, der er i en størrelsesorden eller mere end standard supernovaer. Collapsar- og CSM-modellerne (circumstellar material) er generelt accepterede, og en række begivenheder observeres godt. Andre modeller accepteres stadig kun foreløbigt eller forbliver helt teoretiske.

Collapsar model

Lyskurver sammenlignet med normale supernovaer

Collapsar -modellen er en type superluminøs supernova, der producerer et gravitationelt kollapset objekt eller et sort hul . Ordet "collapsar", en forkortelse for "kollapsede stjerne ", blev tidligere brugt til at henvise til slutproduktet af stjernernes gravitationskollaps , en stjernernes-masse sort hul . Ordet bruges nu undertiden til at henvise til en bestemt model for kollaps af en hurtigt roterende stjerne. Når kernekollaps finder sted i en stjerne med en kerne mindst omkring femten gange solens masse ( M _☉ ) - selvom kemisk sammensætning og rotationshastighed også er signifikant - er eksplosionsenergien utilstrækkelig til at udvise stjernens ydre lag, og det vil falde sammen i et sort hul uden at producere et synligt supernovaudbrud.

En stjerne med en _kernemasse lidt under dette niveau - i området 5–15  M _☉ - vil undergå en supernovaeksplosion, men så meget af den udstødte masse falder tilbage på kerneresten, at den stadig falder sammen i et sort hul. Hvis en sådan stjerne roterer langsomt, vil den producere en svag supernova, men hvis stjernen roterer hurtigt nok, vil tilbageslaget til det sorte hul producere relativistiske jetfly . Den energi, som disse jetfly overfører til den udstødte skal, gør det synlige udbrud væsentligt mere lysende end en standard supernova. Strålerne stråler også højenergipartikler og gammastråler direkte udad og producerer derved røntgen- eller gammastråleudbrud; strålerne kan vare i flere sekunder eller længere og svare til langvarige gammastrålingsudbrud, men de ser ikke ud til at forklare gammastrålesprængninger med kort varighed.

Stjerner med 5–15  M _☉ kerner har en omtrentlig totalmasse på 25–90  M _☉ , forudsat at stjernen ikke har undergået et betydeligt massetab. En sådan stjerne vil stadig have en brintkonvolut og eksplodere som en Type II -supernova. Svage Type II -supernovaer er blevet observeret, men der er ingen bestemte kandidater til en Type II SLSN (undtagen type IIn, som ikke menes at være jet -supernovaer). Kun de allerstørste metallicitetspopulation III -stjerner vil nå dette stadie af deres liv med lidt massetab. Andre stjerner, herunder de fleste af dem, der er synlige for os, vil have fået de fleste af deres ydre lag blæst væk af deres høje lysstyrke og blive til Wolf-Rayet- stjerner. Nogle teorier foreslår, at disse vil producere enten Type Ib eller Type Ic -supernovaer, men ingen af ​​disse begivenheder er hidtil blevet observeret i naturen. Mange observerede SLSNe er sandsynligvis Type Ic. Dem, der er forbundet med gammastråleudbrud, er næsten altid Type Ic, og er meget gode kandidater til at få relativistiske stråler frembragt af tilbageslag til et sort hul. Imidlertid svarer ikke alle Type Ic SLSNe til observerede gammastråler, men hændelserne ville kun være synlige, hvis en af ​​strålerne var rettet mod os.

I de senere år har mange observationsdata om langvarige gammaglimt markant øget vores forståelse af disse begivenheder, og gjorde det klart, at collapsar modellen producerer eksplosioner som kun afviger i detaljer fra mere eller mindre almindelig supernovaer og har energi varierer fra ca. normal til omkring 100 gange større.

Et godt eksempel på en kollapsar SLSN er SN 1998bw , som var forbundet med gammastrålesprængning GRB 980425 . Det er klassificeret som et typen Ic supernova grund af dets karakteristiske spektrale egenskaber i radio -spektret, hvilket indikerer tilstedeværelsen af relativistiske stof.

Circumstellar materialemodel

Næsten alle observerede SLSNe har haft spektre, der ligner enten en type Ic eller type IIn supernova. Type Ic SLSNe menes at blive produceret af jetfly fra tilbageslag til et sort hul, men type IIn SLSNe har væsentligt forskellige lyskurver og er ikke forbundet med gammastrålesprængninger. Type IIn -supernovaer er alle indlejret i en tæt tåge, der sandsynligvis er udvist fra selve stamfæderstjernen, og dette omkredsmateriale (CSM) menes at være årsagen til den ekstra lysstyrke. Når materiale, der udvises i en indledende normal supernovaeksplosion, møder tæt nebulært materiale eller støv tæt på stjernen, omdanner stødbølgen kinetisk energi effektivt til synlig stråling. Denne effekt forbedrer i høj grad disse forlængede varigheder og ekstremt lysende supernovaer, selvom den første eksplosive energi var den samme som for normale supernovaer.

Selvom enhver supernova -type potentielt kan producere Type IIn SLSNe, tyder teoretiske begrænsninger på de omkringliggende CSM -størrelser og densiteter på, at den næsten altid vil blive produceret fra selve den centrale stamstjerne umiddelbart før den observerede supernova -hændelse. Sådanne stjerner er sandsynligvis kandidater til hyperkæmper eller LBV'er, der ser ud til at undergå et betydeligt massetab på grund af Eddington -ustabilitet , for eksempel SN2005gl .

Par-ustabilitet supernova

En anden form for mistænkt SLSN er en par-ustabilitet-supernova , hvoraf SN 2006gy muligvis kan være det første observerede eksempel. Denne supernova -hændelse blev observeret i en galakse omkring 238 millioner lysår (73 megaparsek ) fra Jorden.

Det teoretiske grundlag for par-ustabilitetskollaps har været kendt i mange årtier og blev foreslået som en dominerende kilde til højere masseelementer i det tidlige univers, da supermassive befolknings III- stjerner eksploderede. I et par-ustabilitet supernova, den par produktion effekt forårsager et pludseligt trykfald i stjernens kerne, hvilket fører til en hurtig delvis kollaps. Gravitationsmæssig potentiel energi fra sammenbruddet forårsager løbende fusion af kernen, der fuldstændigt forstyrrer stjernen og ikke efterlader nogen rest.

Modeller viser, at dette fænomen kun sker i stjerner med ekstremt lav metallicitet og masser mellem omkring 130 og 260 gange Solen, hvilket gør dem ekstremt usandsynlige i lokaluniverset. Selvom det oprindeligt forventedes at producere SLSN -eksplosioner hundredvis af gange større end en supernova, forudsiger nuværende modeller, at de faktisk producerer lysstyrker, der spænder fra omtrent det samme som en normal kernekollaps -supernova til måske 50 gange lysere, selvom de forbliver lyse meget længere.

Magnetar frigivelse af energi

Modeller til oprettelse og efterfølgende spin -down af en magnetar giver meget højere lysstyrker end almindelige supernova -begivenheder og matcher de observerede egenskaber ved mindst nogle SLSNe. I tilfælde, hvor par-ustabilitet-supernova muligvis ikke passer godt til at forklare et SLSN, er en magnetisk forklaring mere sandsynlig.

Andre modeller

Der er stadig modeller for SLSN-eksplosioner produceret fra binære systemer, hvide dværg- eller neutronstjerner i usædvanlige arrangementer eller under fusioner, og nogle af disse foreslås at tage højde for nogle observerede gammastråler.

Se også

• Hypernova  - Supernova, der skubber en stor masse ud med usædvanligt høj hastighed
• Gamma-ray burst progenitors  -Typer af himmellegemer, der kan udsende gammastråler
• Quark stjerne  - Kompakt eksotisk stjerne, der danner stof bestående hovedsageligt af kvarker
• Quark-nova  -Hypotetisk voldelig eksplosion som følge af konvertering af en neutronstjerne til en kvarkstjerne

Referencer

Yderligere læsning

eksterne links

• Liste over alle superluminøse supernovaer på The Open Supernova Catalog .