Endlich eine Elektroneneinfang-Supernova

Seitenansicht einer olorful Galaxie mit Staubbändern und der Elektroneneinfang-Supernova, einem großen hellen Punkt in der Nähe.

Supernova 2018zd ist in diesem Bild rechts von ihrer Wirtsgalaxie NGC 2146 als großer, heller weißer Punkt zu sehen. Sie passt zum Profil für eine lange gesuchteElektroneneinfang-Supernova, sagen Astronomen. 40 Jahre lang dachten Astronomen, diese Art von Supernova müsse existieren. Jetzt haben sie dieses gefunden. Bild über NASA/STScI/J. DePasquale/Las Cumbres-Observatorium.


Astronomen haben zum ersten Mal überzeugende Beweise für eine neue Art vonSupernova– eine neue Art von Sternexplosion – powered byElektroneneinfang. Sieangekündigtihre Entdeckung Ende Juni 2021. Es ist eine Art Supernova, die vor 40 Jahren vorhergesagt, aber bis jetzt noch nie beobachtet wurde. Astronomen bezeichnen diese Supernova als SN 2018zd. Es liegt in einer abgelegenen Galaxie, NGC 2146, 21 MillionenLichtjahreein Weg.

Die Ergebnisse lösen ein Rätsel um eines der berühmtesten Objekte des Himmels, denKrebsnebel. Astronomen glauben, dass diese Wolke im Weltraum der Überrest einer Supernova sein könnte, die im Jahr 1054 n. Chr. explodierte. Diese Wissenschaftler sagten, dass die Krabbe wahrscheinlich auch von einer Elektroneneinfang-Supernova wie SN 2018zd stammt.


Die Mannschaftveröffentlichtihre Forschung in derpeer-reviewedTagebuchNaturam 28.06.2021.

Daichi Hiramatsu, Hauptautor der Studie, sagte:

Wir begannen mit der Frage „Was ist das für ein Spinner?“ Dann untersuchten wir jeden Aspekt von SN 2018zd und stellten fest, dass alle im Elektroneneinfangszenario erklärt werden können.

Supernovae vom Typ Ia und Typ II

Die Namen und Unterschiede zwischenverschiedene Arten von Supernovaemag verwirrend erscheinen. Es lohnt sich jedoch, sich an zwei Haupttypen von Supernovae zu erinnern, deren physikalische Explosionsmechanismen sich voneinander unterscheiden (Die Typennamen basieren jedoch auf unterschiedlichen LichtverhältnissenSpektren).




Mit anderen Worten, Supernovae vom Typ Ia und Typ II beginnen als unterschiedliche Arten von Objekten, explodieren aus unterschiedlichen Gründen und hinterlassen unterschiedliche Dinge.

Supernovae vom Typ Iapassieren, wenn ein kleiner, dichter weißer Zwergstern in einem Doppelsystem mit einem anderen Stern existiert. Bevor aus dem Weißen Zwerg ein Weißer Zwerg wurde, war er ein Stern mit einer bis zu achtfachen Masse unserer Sonne. In diesem Szenario entzieht der Weiße Zwerg seinem Gefährten Materie. Wenn es genug Masse gezogen hat, um eine kritische Grenze zu erreichen, erfährt esaußer Kontrolle geratene Kernfusionundexplodiert als Typ IaSupernova. Dabei zerfällt der Weiße Zwerg höchstwahrscheinlich vollständig und hinterlässt nichts.

Supernovae vom Typ IIpassieren, wenn ein größerer Stern – mehr als das 10-fache der Masse unserer Sonne – das Ende seiner Lebensdauer und seines Brennstoffs erreicht hat. Es explodiert dann in einem sogenanntenZusammenbruch des Eisenkerns. Das Endprodukt nach dieser Art von Explosion ist ein äußerst dichtes und kleinesNeutronenstern, oder noch dichter und kleinerschwarzes Loch.

Eine Elektroneneinfang-Supernovaist eine dritte Art von Supernova. Es soll ein „fehlendes Glied“ zwischen Typ Ia und Typ II sein. Astronomen gehen seit den frühen 1980er Jahren davon aus, dass es Supernovae mit Elektroneneinfang gibt. Einer der Mitautoren der neuen Studie,Ken’ichi Nomoto, war einer der ersten, der diese Möglichkeit vorhersagte.


Aber bis jetzt gab es keine eindeutigen Beweise dafür, dass irgendjemand eine Elektroneneinfang-Supernova gesehen hatte.

Super-AGB-Sterne bringen Elektroneneinfang-Supernovae hervor

Und das könnte daran liegen, dass es auch wenig Beweise für die Vorläufersterne gab, die eine Supernova zum Einfangen von Elektronen verursachen würden. Astronomen nennen diese Art von Sternsuper-AGB stars. Das steht fürmassive superasymptotische Riesenaststerne. Der zungenverdrehte Name ist ein Hinweis darauf, wo der Star im Klassiker sitztHertzsprung-Russell-Diagramm, das Sterne in verschiedenen Stadien ihrer Entwicklung anzeigt.

Ein Super-AGB-Stern ist ein Stern in einem späten Stadium seiner Entwicklung. Mögenrote Überriesen, es ist groß geworden, cool undleuchtend.

Ein Super-AGB-Stern hat eine mittlere Masse von etwa dem 7,5- bis 10-fachen der Masse unserer Sonne. So ist eszu massivals Supernova vom Typ Ia enden. Und seinnicht massiv genugum eine Supernova vom Typ II zu werden.


Stattdessen glauben Astronomen seit Jahrzehnten, dass es eine dritte Art von Supernova geben muss, die auf dem Elektroneneinfangszenario basiert.

Was ist eine Elektroneneinfang-Supernova?

Die Astronomen hinter dieser Studie identifiziertensechs Indikatorennotwendig, damit eine Supernova eine Elektroneneinfang-Supernova ist. SN 2018zd war der einzige, der allen sechs zustimmte. Detaillierte Aufnahmen des Hubble-Weltraumteleskops der Region, einschließlich des Sterns, bevor er zur Supernova wurde, halfen ihnen bei der Identifizierung.

Im Kern eines Super-AGB-Sterns befinden sich Sauerstoff-, Neon- und Magnesiumatome. Wenn der Kern zu dicht wird, beginnen die Neon- und Magnesiumatome, ihreElektronen, bei denen es sich um Teilchen handelt, die an Kerne oder Kerne von Atomen gebunden gefunden werden. Diese Elektronenaufnahme wird als an . bezeichnetElektroneneinfangreaktion.

Die Elektronen würden normalerweise den Kerndruck des Sterns aufrecht erhalten. Aber wenn die Elektronen verschlungen werden, sinkt der Kerndruck. Schließlich kollabiert der Kern und der Stern explodiert.

Hier ist. Eine Elektroneneinfang-Supernova.

Orange flammende Kugel nach links, mit einer Vergrößerung der Mitte, die beschriftete Diagramme von Atomen zeigt.

Künstlerische Darstellung eines Super-AGB-Sterns und schematische Darstellung des Inhalts seiner Kernregion. Viel Sauerstoff (O), Neon (Ne) und Magnesium (Mg) Atome bilden den Kern. In dieser Art von Stern, der am Ende seines Lebens ist, halten Elektronen den Druck im Inneren des Sterns aufrecht. Aber wenn der Kern dicht genug ist, beginnen die Atome, die Elektronen zu „fressen“. Der folgende Kernkollaps verursacht eine Supernova-Explosion mit Elektroneneinfang. Bild über S. Wilkinson/Las Cumbres-Observatorium.

Theorie und Beobachtung im Einklang

Es ist eine besondere Genugtuung für einen Wissenschaftler, wenn Beobachtungen die Theorie bestätigen. Nomoto, Co-Autor dieser Studie, sagte:

Ich freue mich sehr, dass endlich die Elektroneneinfang-Supernova entdeckt wurde, deren Existenz meine Kollegen und ich vor 40 Jahren vorausgesagt haben und eine Verbindung zum Krebsnebel haben. Ich schätze den großen Aufwand, der mit der Erlangung dieser Beobachtungen verbunden ist, sehr. Dies ist ein wunderbarer Fall der Kombination von Beobachtungen und Theorie.

War die Krabbe eine Elektroneneinfang-Supernova?

Im Jahr 1054 n. Chr. registrierten chinesische und japanische Himmelsbeobachter eine Supernova in unserer eigenen Milchstraße. Es war zu sehen währendTageszeit23 Tage lang und war zwei Jahre lang nachts sichtbar. Mit anderen Worten: es war hell. Wir können immer noch die Überreste dieser massiven Explosion sehen, und wir nennen sie dieKrebsnebel.

Die Supernova hinter dem Krebsnebel – SN 1054 – war bisher der beste Kandidat für eine Elektroneneinfang-Supernova. Aber da die Explosion vor einem Jahrtausend stattfand, hatten Astronomen nicht alle Details, die sie brauchten, um sicher zu sein. Diese neue Studie trägt dazu bei, die Gewissheit zu wecken, dass SN 1054 tatsächlich dieselbe Art von Supernova wie SN 2018zd war. Es erklärt auch, warum SN 1054 so hell war. Las Cumbres-Observatoriumgemeldet:

Seine Leuchtkraft wurde wahrscheinlich künstlich verstärkt, indem die Supernova-Ejekta mit Material kollidierten, das vom Vorläuferstern abgeworfen wurde, wie in SN 2018zd zu sehen war.

Spektakuläre Explosion von bunten Gasen in Grün, Orange, Gelb, Blau am Sternenhimmel.

Der Krebsnebel könnte eine Elektroneneinfang-Supernova gewesen sein. Japanische und chinesische Astronomen haben es 1054 n. Chr. aufgezeichnet. Es war auf der ganzen Welt sichtbar. In der Mitte des Überrests wirbelt ein Neutronenstern, der alle 30 Sekunden wie ein Leuchtturm pulsiert. Es erzeugt das blaue Leuchten in diesem Bild. Die orangefarbenen Fäden aus Wasserstoffgas sind Überreste des explodierten Sterns. Der Rest, der Nebel selbst, ist jetzt etwa 6Lichtjahrebreit und erweitert. Er liegt 6.500 Lichtjahre von uns entfernt. Dieses Bild aus den Daten des Hubble-Weltraumteleskops aus den Jahren 1999 und 2000 stammt von NASA/ ESA/ J. Hester und A. Loll/Wikimedia Commons.

Ein astronomischer Rosetta-Stein

Andrew Howell, vom Las Cumbres Observatory und Mitglied des Teams hinter der Studie, sagte:

Der BegriffRosetta Stonewird zu oft als Analogie verwendet, wenn wir ein neues astrophysikalisches Objekt finden. Aber in diesem Fall finde ich es passend. Diese Supernova hilft uns buchstäblich dabei, tausendjährige Aufzeichnungen aus Kulturen auf der ganzen Welt zu entschlüsseln. Und es hilft uns, eine Sache, die wir nicht vollständig verstehen, den Krebsnebel, mit einer anderen Sache zu verbinden, von der wir unglaubliche moderne Aufzeichnungen haben, dieser Supernova. Dabei lehrt es uns grundlegende Physik: Wie manche Neutronensterne entstehen, wie extreme Sterne leben und sterben und wie die Elemente, aus denen wir bestehen, entstehen und im Universum verstreut werden.

Fazit: Astronomen haben Beobachtungsbeweise für eine Elektroneneinfang-Supernova gefunden, eine dritte Art von Supernova, die seit 40 Jahren theoretisiert wird.

Quelle: Der Elektroneneinfangursprung der Supernova 2018zd

Via Las Cumbres Obsrvatory