Fysiker vänder sig ofta till Rayleigh-Taylors instabilitet för att förklara varför vätskestrukturer bildas i plasma, men det kanske inte är hela historien när det kommer till ringen av väteklumpar runt supernova 1987A, tyder forskning från University of Michigan.
I en studie publicerad i Physical Review Letters , hävdar teamet att kråkens instabilitet gör ett bättre jobb med att förklara "pärlsträngen" som omger kvarlevan av stjärnan, och kastar ljus över ett långvarigt astrofysiskt mysterium.
"Det fascinerande med det här är att samma mekanism som bryter upp flygplansvaken kan vara i spel här", säger Michael Wadas, motsvarande författare till studien och doktorand i maskinteknik vid tiden för arbetet.
I jetkontrails skapar Crow-instabiliteten avbrott i den släta linjen av moln på grund av det spiralformade luftflödet som kommer från änden av varje ving, så kallade vingspetsvirvlar. Dessa virvlar flyter in i varandra och skapar luckor - något vi kan se på grund av vattenångan i avgaserna. Och kråkinstabiliteten kan göra något som Rayleigh-Taylor inte kunde:förutsäga antalet klumpar som ses runt resten.
"Rayleigh-Taylors instabilitet kan berätta för dig att det kan finnas klumpar, men det skulle vara mycket svårt att dra ut ett antal ur det", säger Wadas, som nu är postdoktor vid California Institute of Technology.
Supernova 1987A är bland de mest kända stjärnexplosionerna eftersom den är relativt nära jorden på 163 000 ljusår bort, och dess ljus nådde jorden vid en tidpunkt då sofistikerade observatorier fanns för att bevittna dess utveckling. Det är den första supernovan som är synlig för blotta ögat sedan Keplers supernova 1604, vilket gör den till en otroligt sällsynt astrofysisk händelse som har spelat en alltför stor roll i att forma vår förståelse av stjärnutveckling.
Även om mycket fortfarande är okänt om stjärnan som exploderade, tros det att gasringen som omger stjärnan före explosionen kom från sammanslagning av två stjärnor. Dessa stjärnor sprider väte i rymden runt dem när de blev en blå jätte tiotusentals år före supernovan. Det ringformade gasmolnet stöttes sedan av strömmen av laddade partiklar med hög hastighet som kom från den blå jätten, känd som en stjärnvind. Klumparna tros ha bildats innan stjärnan exploderade.
Forskarna simulerade hur vinden tryckte molnet utåt samtidigt som den släpade på ytan, där toppen och botten av molnet trycks ut snabbare än mitten. Detta fick molnet att krypa in på sig självt, vilket utlöste Crow-instabiliteten och gjorde att den bröts isär till ganska jämna klumpar som blev pärlbandet. Förutsägelsen av 32 är mycket nära de observerade 30 till 40 klumparna runt supernovan 1987A-resten.
"Det är en stor del av varför vi tror att detta är Crow-instabiliteten", säger Eric Johnsen, U-M professor i maskinteknik och senior författare till studien.
Teamet såg antydningar om att kråkens instabilitet kan förutsäga bildandet av fler pärlformade ringar runt stjärnan, längre ut från ringen som verkar ljusast på teleskopbilder. De var glada över att se att fler klumpar verkar dyka upp i bilden från James Webb Space Telescopes nära-infraröda kamera, som släpptes i augusti förra året, förklarade Wadas.
Teamet föreslog också att kråkens instabilitet kan vara på gång när dammet runt en stjärna lägger sig på planeter, även om ytterligare forskning behövs för att utforska denna möjlighet.
Medförfattare till studien är William White och Aaron Towne, doktorand respektive biträdande professor i maskinteknik; och Heath LeFevre och Carolyn Kuranz, en forskare och en docent i kärnteknik respektive radiologiska vetenskaper; allt på U-M.
Mer information: Michael J. Wadas et al, Hydrodynamic Mechanism for Clumping along the Equatorial Rings of SN1987A and Other Stars, Physical Review Letters (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.111201
Tillhandahålls av University of Michigan
