Falsk färgbild av en av supernovasimuleringarna som visar varma och kalla fläckar av gas (vit/grön) i bubblan och den trådformiga strukturen av kosmiska strålar (blå) runt skalet av supernovaresterna. Kredit:F. Rodríguez Montero.
Det sista stadiet av katastrofala explosioner av döende massiva stjärnor, kallas supernovor, kunde slå ett upp till sex gånger större slag mot den omgivande interstellära gasen med hjälp av kosmiska strålar, enligt en ny studie ledd av forskare vid University of Oxford. Arbetet kommer att presenteras av Ph.D. student Francisco Rodríguez Montero idag (19 juli) på det virtuella nationella astronomimötet (NAM 2021).
När supernovor exploderar, de sänder ut ljus och miljarder partiklar i rymden. Medan ljuset fritt kan nå oss, partiklar fastnar i spiralslingor av magnetiska stötvågor som genereras under explosionerna. Korsar fram och tillbaka genom chockfronter, dessa partiklar accelereras nästan till ljusets hastighet och, på att fly supernovorna, tros vara källan till den mystiska form av strålning som kallas kosmiska strålar.
På grund av deras enorma hastighet, kosmiska strålar upplever starka relativistiska effekter, förlorar effektivt mindre energi än vanlig materia och låter dem resa långa sträckor genom en galax. Längs vägen, de påverkar energin och strukturen hos interstellär gas i deras väg och kan spela en avgörande roll för att stänga av bildandet av nya stjärnor i täta gasfickor. Dock, hittills, påverkan av kosmiska strålar i galaxutvecklingen har inte förståtts väl.
I den första högupplösta numeriska studien i sitt slag, teamet körde simuleringar av utvecklingen av chockvågorna som härrör från supernovaexplosioner under flera miljoner år. De fann att kosmiska strålar kan spela en avgörande roll i slutskedet av en supernovas evolution och dess förmåga att injicera energi i den galaktiska gasen som omger den.
Det röda, gröna och blå färger visar låga, mellan- och högenergiröntgenstrålar observerade med NASA:s Chandra X-ray Observatory, och stjärnfältet är från Digitalized Sky Survey. Kredit:NASA / CXC / NCSU / JPL-Caltech / M. Burkey et al.
Rodríguez Montero förklarar att "till en början, tillägget av kosmiska strålar verkar inte förändra hur explosionen utvecklas. Ändå, när supernovan når det stadium där den inte kan få mer fart från omvandlingen av supernovans termiska energi till kinetisk energi, vi fann att kosmiska strålar kan ge en extra push till gasen, vilket gör att det slutliga momentum som ges kan vara upp till 4-6 gånger högre än vad som tidigare förutspåtts."
Resultaten tyder på att gasutflöden drivs från det interstellära mediet in i den omgivande tunna gasen, eller cirkumgalaktiskt medium, kommer att bli dramatiskt mer massiv än tidigare beräknat.
I motsats till de senaste teoretiska argumenten, simuleringarna tyder också på att den extra push som kosmiska strålar ger är mer betydande när massiva stjärnor exploderar i lågdensitetsmiljöer. Detta kan underlätta skapandet av superbubblor som drivs av successiva generationer av supernovor, sveper gas från det interstellära mediet och ventilerar ut den från galaktiska skivor.
Rodríguez Montero tillägger att deras "resultat är en första titt på de extraordinära nya insikter som kosmiska strålar kommer att ge till vår förståelse av galaxbildningens komplexa natur."
