Vooruitgang bij het oplossen van het mysterie van explosies van witte dwergen

Een team van astrofysici onder leiding van Max Planck Instituut voor buitenaardse fysica, In Duitsland werd het onlangs gepubliceerd in de beroemde krant natuur Een paper waarin een mogelijke doorbraak wordt gemeld bij het oplossen van een decennia oud mysterie van de exacte oorsprong van supernovae van het SN Ia-type.

Wat hier sowieso zeker van is, is dat het een explosie van witte dwergen is. Het bestuderen ervan is op minstens twee manieren belangrijk. De eerste, de oudste maar niet de belangrijkste, is dat thermonucleaire reacties en de fluxen van protonen en neutronen die deze explosies vergezellen, vermoedelijk grotendeels verantwoordelijk zijn voor de vorming van ijzerkernen in sterrenstelsels.

De tweede is dat wordt aangenomen dat SN Ia-explosies plaatsvinden met relatief onveranderlijke kracht wanneer een witte dwerg de Chandrasekhar-massa bereikt door aangroei van materiaal van een begeleidende ster in een binair systeem of wanneer er een botsing plaatsvindt tussen twee witte dwergen met een massa die ook kleiner is dan de Chandrasekhar-limiet.

We kunnen ze dus ruwweg gebruiken als een soort standaardkaarsen, in de terminologie van natuurkundigen, die vervolgens kunnen worden gebruikt om de afstanden te bepalen in sterrenstelsels waar deze explosies plaatsvinden, waar deze explosies zo ver weg zijn dat SN Ia minder helder lijkt te zijn.

Nu, samen met metingen van spectrale verschuivingen, zijn het deze fotometrische metingen van helderheid die hebben geleid tot de ontdekking en studie van de waargenomen versnelde uitdijing van het universum, mogelijk veroorzaakt door donkere energie.

Deze versnelling kan precies worden bepaald door een beter beeld te krijgen van wat er gebeurt met de explosies van witte dwergen, wat zou kunnen helpen de huidige spanning rond de beroemde Hubble-constante op te lossen. Maar waar hebben we het echt over met de eindige massa van Chandrasekhar en het belang ervan voor het begrijpen van witte dwergen, en uiteindelijk SN Ia?

Fragmenten uit de documentaire Van de oerknal tot de levenden (ECP Productions, 2010), vertelt Jean-Pierre Luminet over de evolutie van sterren van het zonnetype, hun transformatie in rode reuzen en vervolgens in witte dwergen. © Jean-Pierre Luminet

Witte dwergen bonden Chandrasekhar vast

We kunnen zeggen dat het allemaal begon toen astronomen in de 18e eeuw witte dwergen ontdekten.^H Hoorn, ondanks zijn lage glans. Ze wisten toen nog niet hoe vreemd deze sterren waren, maar aan het begin van de 20e eeuw^H eeuw werd tot verbazing van astrofysici uit die tijd een waarde in de orde van grootte van een ton per kubieke centimeter afgeleid van het observeren van sterren zoals Sirius b.

Snel echter de Britse natuurkundige Ralph Fowler Begrijpen dat de nieuwe statistische kwantummechanica, ontdekt door zijn collega Paul Dirac in de late jaren 1920 (die theoretisch het bestaan ​​van antimaterie rond dezelfde tijd voorspelde), die een gasverval van elektronen beschrijft, in de taal van natuurkundigen, het bestaan ​​van deze zou kunnen verklaren sterren. Dit gas kan voldoende druk uitoefenen om weerstand te bieden aan de druk die wordt gegenereerd door de zwaartekracht van een dichte ster zoals een witte dwerg.

Beginnend met het werk van Fowler, kwam de jonge astrofysicus Subrahmanyan Chandrasekhar (toen 20 jaar oud) op het idee om de effecten van de speciale relativiteitstheorie te introduceren en naar voren te brengen De fundamenten van de sterstructuur van deze vreemde dingen. Zo kwam hij tot de beroemde conclusie dat een ster met een massa groter dan ongeveer 1,4 zonsmassa’s niet kan bestaan ​​als hij een witte dwerg wordt nadat zijn nucleaire brandstof is opgebruikt. Dit is de beroemde limiet van Chandrasekhar.

Het standaardscenario voor SN Ia is, zoals we al zeiden, de opeenhoping van materie op een witte dwerg (de zon wordt één) tot het moment waarop de nieuwe massa van de dwerg 1,4 zonsmassa’s bereikt, waardoor deze destabiliseert en ineenstort. door materie samen te drukken, thermonucleaire reacties van explosieve fusie. Decennia lang werd gedacht dat de aangroei voornamelijk bestond uit de heliumlagen van de begeleidende ster en dat een deel van dat helium zou kunnen verbranden, wat soms “bescheiden” explosies aan het oppervlak veroorzaakte die aanleiding zouden geven tot nova’s in plaats van supernova’s.

Presentatie door SALT. Voor een min of meer accurate Franse vertaling, klik op de witte rechthoek rechtsonder. De Engelse vertaling zou dan moeten verschijnen. Klik vervolgens op de moer rechts van de rechthoek, klik vervolgens op Ondertitels en ten slotte op Ondertiteling automatisch. Kies “Frans”. © Deutsche Welle Nieuws

Duidelijke afdruk op de verbranding van helium dankzij het zout

Toen we echter dit zachte proces van het verbranden van materie op het oppervlak van een witte dwerg begonnen waar te nemen als gevolg van zeer “zachte” röntgenstraling, dat wil zeggen bij lagere energieën, dankzij de ROSAT-satelliet, de verbranding van helium maar eerder waterstof werd gedetecteerd. Inderdaad, historisch gezien werd eerst aangenomen dat we dit fenomeen precies zouden zien, maar astrofysici waren later verrast toen ze vaststelden dat de SN Ia-uitbarstingen geen spectrale signatuur van waterstof vertoonden.

Dus we concludeerden dat wanneer er een ophoping van helium SN Ia kan optreden, het overblijft om witte dwergen te detecteren die stilletjes helium aan het oppervlak verbranden.

Onderzoekers hebben een X-bron geïdentificeerd die verband houdt met een witte dwerg die materiaal verzamelt onder de naam [HP99] 159 zijn er ook veel waarnemingen gedaan met Rosat. De opvolger van deze Duitse satelliet is vandaag eRosita en de nauwkeurigheid van zijn metingen maakte het eindelijk mogelijk om zijn tegenhanger in het zichtbare te vinden, dat wil zeggen een dubbelster in de Grote Magelhaense Wolk, met behulp van instrumenten Grote Zuid-Afrikaanse telescoop (zout).

Deze keer was de spectrale signatuur van helium er al en dit, voor het eerst, met aangroeiende materie van een witte dwerg.

Ironisch genoeg is dit niet het einde van het mysterie van de exacte aard van SN Ia-supernova’s, omdat bekende modellen van heliumexplosies ook voorspellen dat 2 tot 5% van de heliumlagen van de begeleidende ster moeten zijn weggeblazen door een supernova-explosie. . Dit is echter niet de hoeveelheid gemeten in de omgeving rond de ontploffing.

Maar astrofysici Max Planck Instituut voor buitenaardse fysica We hopen nu tientallen vergelijkbare bronnen te vinden [HP99] 159 in beide Magelhaense Wolken met eRosita. Hierdoor zouden ze de voorwaarden van de voorouders van SN Ia verder kunnen beperken.