I en unik studie, ett internationellt team av forskare inklusive medlemmar från Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU) simulerade de våldsamma kollisioner mellan supernovor och dess omgivande gas – som kastas ut före en supernovaexplosion, vilket ger en extrem ljusstyrka.

Många supernovor har upptäckts under det senaste decenniet med en toppljusstyrka en till två storleksordningar högre än för normala supernovor av kända typer. Dessa stjärnexplosioner kallas Superluminous Supernovae (SLSNe).

Vissa av dem har väte i sina spektra, medan några andra visar brist på väte. De senare kallas typ I, eller vätefattig, SLSNe-I. SLSNe-I utmanar teorin om stjärnutveckling, eftersom ens normala supernovor ännu inte är helt förstådda utifrån de första principerna.

Leds av Sternberg Astronomical Institute-forskaren Elena Sorokina, som var gästutredare på Kavli IPMU, och Kavli IPMU:s chefsutredare Ken'ichi Nomoto, Vetenskaplig associerad Sergei Binnikov, samt projektforskaren Alexey Tolstov, teamet utvecklade en modell som kan förklara ett brett spektrum av observerade ljuskurvor för SLSNe-I i ett scenario som kräver mycket mindre energi än andra föreslagna modeller.

Modellerna som visar händelserna med den lägsta energibudgeten involverar flera utstötningar av massa i presupernovastjärnor. Massförlust och ansamling av höljen runt massiva stjärnor är generiska kännetecken för stjärnutveckling. I vanliga fall, dessa kuvert är ganska utspädda, och de förändrar inte nämnvärt ljuset som produceras i majoriteten av supernovorna.

I vissa fall, stora mängder massa utvisas bara några år före den slutliga explosionen. Sedan, "molnen" runt supernovor kan vara ganska täta. Stötvågorna som produceras vid kollisioner av supernovautkast och de täta skalen kan ge den nödvändiga ljusstyrkan för att göra supernovan mycket ljusare än en "naken" supernova utan förutkastat omgivande material.

Denna klass av modellerna kallas "samverkande" supernovor. Författarna visar att det interagerande scenariot kan förklara både snabbt och långsamt blekande SLSNe-I, så det stora utbudet av dessa spännande ljusa föremål kan i verkligheten vara nästan vanliga supernovor placerade i extraordinära omgivningar.

En annan extraordinärhet är den kemiska sammansättningen som förväntas för de cirkumstellära "molnen". I vanliga fall, stjärnvinden består till största delen av väte, eftersom alla termonukleära reaktioner sker i mitten av en stjärna, medan de yttre skikten är vätehaltiga.

I fallet med SLSNe-I, situationen måste vara annorlunda. Förfädersstjärnan måste förlora sitt väte och en stor del av helium i god tid före explosionen, så att några månader till några år före explosionen, det släpper ut mestadels kol och syre, och sedan explodera inuti det täta CO-molnet. Endast denna sammansättning kan förklara de spektrala och fotometriska egenskaperna hos observerad vätefattig SLSNe i det interagerande scenariot.

Det är en utmaning för stjärnevolutionsteorin att förklara ursprunget till sådana väte- och heliumfattiga stamfader och den mycket intensiva massförlusten av CO-material precis innan stjärnans slutliga explosion. Dessa resultat har publicerats i en artikel som godkänts av The Astrofysisk tidskrift .