16 december 2017

Geheel nieuwe kijk op supernova’s

Three-dimensional turbulent mixing in a stratified burning oxygen shell which is four pressure scale heights deep. The yellow ashes of sulphur are being dredged up from the underlying orange core. The multi-scale structure of the turbulence is prominent. Entrained material is not particularly well mixed, but has features which trace the large scale advective flows in the convection zone.

Three-dimensional turbulent mixing in a stratified burning oxygen shell which is four pressure scale heights deep. The yellow ashes of sulphur are being dredged up from the underlying orange core. The multi-scale structure of the turbulence is prominent. Entrained material is not particularly well mixed, but has features which trace the large scale advective flows in the convection zone.

Aan de hand van een revolutionair computermodel hebben astronomen een geheel nieuwe kijk gekregen op supernova-explosies van het Type II. Het nieuwe model is de eerste drie-dimensionale simulatie van de gebeurtenissen voorafgaand aan, en tijdens, de supernova. Hierbij zijn nieuwe processen aan het licht gekomen, die een oplossing vormen voor enkele belangrijke vraagstukken betreffende deze gigantische explosies.

De laatste heldere supernova die zichtbaar was op aarde vond plaats in het jaar 1987. Deze was helder genoeg om met het blote oog zichtbaar te zijn. Toen astronomen de restanten van deze explosie gingen analyseren, kwamen ze iets vreemds tegen. Het was alsof het materiaal dat bij de supernova is weggeblazen gemengd raakte met materiaal dat eerder was uitgestoten. Bestaande modellen konden dit niet verklaren.

In plaats daarvan gingen de modellen uit van een soort ui-achtige strutuur. Hierbij is de ster opgebouwd uit een reeks concentrische ringen, met zware elementen zoals ijzer in het midden en lichte elementen zoals koolstof en helium nabij het oppervak. De zware elementen oefenen een grote aantrekkingskracht uit op het omringende materiaal. Hierbij gaat de ster krimpen, waarbij veel neutrino’s geproduceerd worden.

De restanten van supernova 1987A.

De restanten van supernova 1987A.

Deze neutrino’s nemen energie met zich mee. Nu bevatten neutrino’s natuurlijk nauwelijks energie, maar er worden er dusdanig veel geproduceerd, dat hun invloed ineens heel groot wordt. Normaal gesproken zou de ster daarbij afkoelen, maar in dit geval zorgt de verloren energie ervoor dat de lichte gassen minder weerstand kunnen bieden aan de zwaartekracht. Als gevolg hiervan krimpt de ster nog verder, waarbij meer neutrino’s geproduceerd worden die het proces nog meer versnellen. Uiteindelijk ontstaat zo een kettingreactie die de ster doet detoneren.

Allemaal leuk en aardig, maar het modelleren van deze processen is een enorme en complexe taak. Ze dienen te worden versimpeld voordat zelfs de meest geavanceerde supercomputers ze kunnen behapstukken. Dat betekent dat de processen feitelijk in twee dimensies gesimuleerd moeten worden.

Het baanbrekende nieuwe 3D-model laat een ander beeld zien: een wild en turbulent inwendige, waarbij stukjes ster uitgespuugd worden nog voordat de ster kaboem gaat. Je hebt nog steeds de concentrische schillen, maar het is alsof iemand er met een pollepel doorheen heeft geroerd. Hierbij worden allerlei elementen met elkaar gemengd, waardoor de ster zichzelf binnenstebuiten keert en materiaal uitbraakt nog voordat we een explosie krijgen. Dat verklaard dus de puzzelachtige waarneming bij supernova 1987A.

supernova

Hieruit blijkt maar weer dat wij supernovae nog niet helemaal begrijpen. Oh, wellicht wil je weten hoe lang het duurt voordat de boerende en scheten latende ster dan eindelijk uiteen spat? Als het nieuwe model een beetje klopt, zo’n

Laat wat van je horen

*