Крупные звезды заканчивают свои жизни в гигантских взрывах, так называемых суперновинках. В течение миллионов лет после стабильной эволюции эти звезды создали центральное ядро, состоявшее из главным образом железа. Когда ядро достигает приблизительно 1,5 раза массы Солнца, это разрушается под влиянием его собственной силы тяжести и формирует нейтронную звезду.
Огромные суммы энергии выпущены в этом катастрофическом событии, главным образом эмиссией нейтрино. Эти почти невесомые элементарные частицы в изобилии произведены в интерьере новорожденной нейтронной звезды, где плотность выше, чем в атомных ядрах, и температура может достигнуть 500 миллиардов градусов Келвин.Физические процессы, которые вызывают и стимулируют взрыв, были нерешенной загадкой больше 50 лет.
Один из теоретических предложенных механизмов призывает нейтрино, потому что они уносят больше чем сотню раз энергию, необходимую для типичной сверхновой звезды. Просачиваясь из горячего интерьера нейтронной звезды, небольшая часть нейтрино поглощена окружающим газом. Это нагревание вызывает сильные движения газа, подобного тем в горшке кипящей воды на печи.
Когда пузырение газа становится достаточно сильным, наборы взрыва сверхновой звезды, как будто крышка горшка сдулась. Внешние слои умирающей звезды удалены в околозвездное пространство, и с ними все химические элементы, которые звезда собрала ядерным горением во время его жизни.
Но также и новые элементы созданы в горячем извержении взрыва среди них радиоактивные разновидности такой как 44Ti (титан с 22 протонами и 22 нейтронами в его атомных ядрах) и 56Ni (28/28 нейтроны/протоны), которые распадаются к стабильному кальцию и железу, соответственно. Таким образом выпущенная радиоактивная энергия заставляет сверхновую звезду сиять яркая в течение многих лет.Из-за дикого кипения нагретого до нейтрино газа взрывная волна начинается несферически и отпечатывает крупномасштабную асимметрию на изгнанном звездном вопросе и сверхновой звезде в целом, в согласии с наблюдением за массивностью и асимметриями во многих суперновинках и их газообразных остатках. У начальной асимметрии взрыва есть два непосредственных следствия.
С одной стороны, нейтронная звезда получает импульс отдачи напротив направления более сильного взрыва, где газ сверхновой звезды удален с большим количеством насилия. Этот эффект подобен удару, который получает гребная лодка, когда пассажир спрыгивает. С другой стороны, производство тяжелых элементов с кремния на железо, в особенности также 44Ti и 56Ni, более эффективно в направлениях, где взрыв более силен и где больше вопроса нагрето до высоких температур. «Мы предсказали оба эффекта несколько лет назад нашими трехмерными (3D) моделированиями управляемых нейтрино взрывов сверхновой звезды», говорит Анноп Уонгватэнарат, исследователь на Астрофизическом Большом взрыве RIKEN Лабораторный и ведущий автор соответствующей публикации 2013, в которое время он работал в MPA в сотрудничестве с его соавторами H.-Thomas Янка и Эвальд Мюллер. «Асимметрия радиоактивного извержения более явная большее, которое нейтронный звездный удар», добавляет он. Так как радиоактивные атомные ядра синтезируются в самых внутренних областях сверхновой звезды в очень близкой близости нейтронной звезды, их пространственное распределение отражает асимметрии взрыва наиболее непосредственно.
Новые наблюдения за Кассиопеей (Авария A), газообразный остаток сверхновой звезды, свет которой достиг Земли около 1680 года, могли между тем подтвердить это теоретическое предсказание. Из-за его молодого возраста и относительной близости на расстоянии всего 11 000 световых годов, Авария предложения два больших преимущества для измерений.
Во-первых, радиоактивный распад 44Ti является все еще эффективным источником энергии, и присутствие этого атомного ядра может поэтому быть нанесено на карту в 3D с высокой точностью в целом остатке, обнаружив высокоэнергетическую радиацию рентгена от радиоактивных распадов. Во-вторых, также скорость нейтронной звезды известна с ее величиной и ее направлением в самолете неба.Так как нейтронная звезда размножается с предполагаемой скоростью по крайней мере 350 километров в секунду, асимметрия в пространственном распределении радиоактивных элементов, как ожидают, будет очень явной. Точно это замечено в наблюдениях.
В то время как компактные скорости остатка к более низкому полушарию, самые большие и самые яркие глыбы с большей частью 44Ti найдены в верхней половине газового остатка. Компьютерное моделирование, рассматриваемое от соответственно выбранного направления, показывает поразительное сходство к наблюдательному изображению. Но не только пространственные распределения титана и железа напоминают тех в Аварии A. Также общие суммы этих элементов, их скоростей расширения и скорости нейтронной звезды находятся в удивительном соглашении с теми из Аварии A. «Эта способность воспроизвести основные свойства наблюдений выразительно подтверждает, что Авария A может быть остатком управляемой нейтрино сверхновой звезды с ее сильными газовыми движениями вокруг возникающей нейтронной звезды», завершает Янка H.-Thomas.
Но больше работы необходимо, чтобы наконец доказать, что взрывы крупных звезд приведены в действие энергетическим входом от нейтрино. «Авария A является объектом такого интереса и важности, что мы должны также понять пространственные распределения других химических разновидностей, такие как кремний, аргон и неон», замечает Эвальд Мюллер, указывая на красивую многокомпонентную морфологию Аварии показанный 3D отображением. Один пример также недостаточно для того, чтобы сделать полностью убедительный случай. Поэтому команда соединила большее сотрудничество, чтобы проверить теоретические предсказания на управляемые нейтрино взрывы подробным анализом большего образца молодых остатков сверхновой звезды.
Шаг за шагом исследователи таким образом надеются собрать доказательства, которые в состоянии уладить давнюю проблему с механизмом сверхновой звезды.