Astronomer har nu en bättre position att tolka observationer av supernovarester tack vare datorsimuleringar av dessa katastrofala händelser av RIKEN-astrofysiker.

När vissa typer av stjärnor dör, de slocknar i en flamma av härlighet – en otroligt kraftfull explosion känd som en supernova. En av de vanligaste formerna av supernova, typ Ia, börjar med en tät vit dvärgstjärna som har bränt upp sitt vätebränsle. Materia som flödar från en sällskapsstjärna kan skjuta igång en skenande kärnfusionsreaktion i dvärgen, utlöser en massiv eldsvåda som skapar många av de tyngre elementen i universum. Dessa slungas utåt i ett lysande moln känt som en kvarleva, som bär ett avtryck av explosionen.

Gilles Ferrand från RIKEN Astrophysical Big Bang Laboratory och kollegor i Japan och Tyskland har utvecklat tredimensionella datorsimuleringar som återskapar supernovor. Deras simuleringar omfattar två steg:den första modellerar själva supernovaexplosionen, medan den andra använder det som indata för en modell av supernovaresterna. "Vårt mål är att utforska hur olika explosionsförhållanden producerar rester med karakteristiska former och sammansättningar, liknande de vi observerar i vår galax, " förklarar Ferrand.

Teamets senaste simuleringar fokuserar på två aspekter av supernovor:hur explosionen antänds inuti en vit dvärg, och hur förbränning sliter genom stjärnan. Tändningen kan starta på bara några få ställen inuti den vita dvärgen, eller så kan den utlösas vid många punkter samtidigt. Under tiden, förbränningen kan vara en deflagration – en turbulent eld som rör sig långsammare än den lokala ljudhastigheten – eller så kan det innebära deflagration följt av överljudsdetonation.

Genom att sätta ihop dessa alternativ på olika sätt, forskarna producerade fyra modeller av supernovarester. "Varje modell har sina distinkta egenskaper, säger Ferrand. Till exempel, en supernova med få antändningspunkter och en deflagrationsexplosion producerade en kvarleva med ett symmetriskt skal som var förskjutet från explosionens centrum. I kontrast, en simulering som involverade få antändningspunkter och en detonation gav en kvarleva där hälften av det yttre skalet var dubbelt så tjockt som den andra hälften. Rester från deflagrationssimuleringarna innehöll också oväntade "sömmar" av tätare material.

Dessa resultat tyder på att den bästa tiden att se en supernovas avtryck på dess kvarleva är inom ungefär 100–300 år efter explosionen. Detta avtryck är synligt längre i supernovor med färre antändningspunkter, och alla resterna i simuleringarna blev totalt sfäriska inom 500 år. Dessa resultat kommer att vägleda astronomer när de tolkar observationer av supernovarester.