Alle supernovaer er stjerneeksplosioner med enorm energi. De klassiske supernovaer er massive stjerner, der eksploderer nær slutningen af deres liv og efterlader enten en neutronstjerne eller et sort hul og en rest af ekspanderende gas og støv.
Men supernovaer er ikke alle ens. Nogle forekommer i dobbeltstjernesystemer og kaldes type 1a-supernovaer. Det viser sig, at nogle af disse type 1a-supernovaer kan eksplodere to gange.
Astronomer, der arbejder med European Southern Observatory’s (ESO) Very Large Telescope (VLT), har opdaget mønstre, der viser, at en gammel supernova eksploderede to gange som en type 1a. Supernova-resten kaldes SNR 0509-67.5 og ligger ca. 160.000 lysår væk i den Store Magellanske Sky (LMC).
Opdagelsen er beskrevet i en ny artikel i Nature Astronomy med titlen ‘Calcium in a supernova remnant as a fingerprint of a sub-Chandrasekhar-mass explosion.’ Hovedforfatteren er Priyam Das, ph.d.-studerende ved University of New South Wales Canberra i Australien.
En af stjernerne i en type 1a-supernova er altid en hvid dværg. Hvide dværge er det endelige stadie i udviklingen af stjerner, der ikke er massive nok til at blive neutronstjerner eller sorte huller. Vores egen sol vil ende sit liv som en hvid dværg, når den har ophørt med at fusionere.
Den hvide dværgs ledsagestjerne kan være alt fra en anden hvid dværg til en massiv stjerne. Hvide dværge er ekstremt tætte, og deres tyngdekraft trækker gas fra ledsageren ind på den hvide dværgs overflade. Hvis der akkumuleres nok masse, overskrider den hvide dværg en tærskel og kan genantænde og udløse en supernovaeksplosion.
Astronomer er dog usikre på nogle af detaljerne omkring disse supernovaer. Type 1a SNe spiller en vigtig rolle i galaksen ved at skabe jern, og astronomer ønsker at vide mere om dem.
“Type 1a supernovaer spiller en fundamental rolle som kosmologiske prober af mørk energi og producerer mere end halvdelen af jernet i vores galakse,” skriver forskerne i deres artikel.
På trods af deres centrale betydning er en omfattende forståelse af deres forløbersystemer og udløsende mekanisme stadig et langvarigt grundlæggende problem.
“Eksplosioner af hvide dværge spiller en afgørende rolle i astronomi,” sagde hovedforfatter Das i en pressemeddelelse.
Men på trods af deres betydning er det langvarige mysterium om den nøjagtige mekanisme, der udløser deres eksplosion, stadig uløst.
Astrofysikere har kæmpet for at forklare, hvordan type 1a hvide dværge fungerer. En populær forklaring er Chandrasekhar-masseeksplosionsmodellen. Chandrasekhar-grænsen er en massegrænse for hvide dværge på ca. 1,4 solmasser.
Under denne grænse understøtter hvide dværges elektron-degenereringstryk stjernen mod gravitationel kollaps. Når den hvide dværg overskrider denne massegrænse ved at trække materie fra sin ledsager, antændes kulstoffusion på tværs af stjernen, og den eksploderer som en type 1a SN.
Efterhånden som forskerne har observeret flere og flere hvide dværge, er denne model blevet sat spørgsmålstegn ved. Den kan ikke forklare antallet af type 1a-supernovaer, og mange af dem ser ud til at eksplodere under Chandrasekhar-massegrænsen. Disse er type 1a-supernovaer med en masse under Chandrasekhar-grænsen.
Der er opstået en ny model til at forklare disse supernovaer med en masse under Chandrasekhar-grænsen, kaldet dobbeltdetonationsmodellen.
I denne model akkumulerer WD helium på sin overflade, indtil den eksploderer. Eksplosionen sender chokbølger både indad og udad.
Hvide dværge har kulstof-ilt-kerner, og den indadgående chokbølge komprimerer kernen. Hvis chokbølgen er kraftig nok, udløser den en anden detonation i kernen, deraf betegnelsen ‘dobbeltdetonation’.
Selvom astrofysikere har forudsagt disse dobbeltdetonerende SNe, var der ingen klare visuelle beviser. Mens forskerne arbejdede på problemet, forudsagde de, hvilket kemisk ‘fingeraftryk’ disse SNe ville efterlade. De fandt ud af, at to separate skaller af calcium ville være resultatet af dobbeltdetonerende Type 1a SNe.
Forskerholdet brugte VLT og dets Multi-Unit Spectroscopic Explorer (MUSE)-instrument til at undersøge SNR 0509-67.5 og fandt to tydelige calciumshells.
Vi afdækker en dobbeltshell-morfologi af højt ioniseret calcium [Ca XV] og en enkelt shell af svovl [S XII], observeret i det omvendte chokbølgeudkast.
Fordeling af calcium i supernova-resten SNR 0509-67.5. De overlejrede kurver skitserer to koncentriske skaller af calcium, der blev udstødt i to separate detonationer, da stjernen døde for flere hundrede år siden. (ESO/P. Das et al., Nature Astronomy, 2025)
Resultaterne viser “et klart tegn på, at hvide dværge kan eksplodere længe før de når den berømte Chandrasekhar-massegrænse, og at ‘dobbeltdetonationsmekanismen’ faktisk forekommer i naturen,” ifølge medforfatter Ivo Seitenzahl.
Seitenzahl ledede observationerne og var ansat ved Heidelberg Institute for Theoretical Studies i Tyskland, da undersøgelsen blev gennemført.
Disse dobbeltdetonerende type 1a-supernovaer forklarer nogle af de ting, astrofysikere har observeret. De kan forklare de forskellige lysstyrker og spektralprofiler hos type 1a-supernovaer, og heliumforbrændingen kan producere mellemmasseelementer, der ses i deres spektrale signaturer. Det kan også forklare de type 1a-supernovaer, som astronomer ser med forskellige hvide dværgmasse og ledsagertyper.
Forfatterne forklarer, at en firdobbelt detonation af en supernova også er mulig, når et binært par hvide dværge smelter sammen.
“Nylige multidimensionelle dobbeltdetonationssimuleringer viser, at i WD-fusionsscenariet kan den ledsagende WD, ud over den primære WD, der gennemgår en dobbelt detonation, også gennemgå en dobbelt detonation (hvilket resulterer i en ›firedobbelt detonation‹), når den rammes af udstødningsmateriale fra den eksploderende primære WD,” skriver de i deres konklusion.
En sådan dobbelt dobbeltdetonation kunne muligvis også føre til den observerede dobbeltskalstruktur af calcium.
Type 1a SNe spiller en vigtig rolle, og en dybere forståelse af disse kosmiske eksplosioner vil hjælpe forskerne med at forstå et par ting.
SNe fungerer som standardlys i den kosmiske afstandsskala, og forståelsen af dem vil hjælpe kosmologer med at forstå mørk energi, den mystiske kraft, der driver universets udvidelse.
De producerer også en stor del af jern i universet. Jordens masse består af ca. 32 % jern, og det er usandsynligt, at stenplaneter kan dannes uden jern. Jern transporterer også ilt i vores blod, som er en vigtig del af vores natur. At forstå, hvor det kommer fra, hjælper os med at forstå naturens overordnede arkitektur.
De producerer også en stor del af jernet i universet. Jordens masse består af ca. 32 % jern, og det er usandsynligt, at stenplaneter kan dannes uden jern. Jern transporterer også ilt i vores blod, som er en afgørende del af vores natur.
At forstå, hvor det kommer fra, hjælper os med at forstå naturens overordnede arkitektur.
