Super-Chandrasekhar mass type Ia supernova

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Thermonukleare Supernovae vom Typ Ia entstehen, wenn Weiße Zwerge die Chandrasekhar-Grenzmasse überschreiten und der Entartungsdruck die Eigengravitation nicht am Kollaps hindern kann. Durch den Kollaps kommt es in aus Kohlen- und Sauerstoff bestehenden Weißen Zwergen zu einem explosiven Brennen des Kohlenstoffs und die dabei freiwerdende Energie zerstört den entarteten Stern vollständig. Als Super-Chandrasekhar Mass Type Ia Supernovae werden Supernovae vom Typ Ia bezeichnet, die eine höhere Leuchtkraft im Maximum und eine langsamere Expansionsgeschwindigkeit der Ejekta als die überwiegende Mehrheit der SN Ia erreichen. Diese Eigenschaften werden auf eine höhere Masse des Vorgängersterns im Bereich von 2,1 bis 2,8 Sonnenmassen zurückgeführt, während die Chandrasekhar-Grenzmasse bei ungefähr 1,44 Sonnenmassen liegt[1]. Als eine alternative Bezeichnung für Super-Chandrasekhar Supernovae wird der Begriff Überleuchtkräftige Supernovae vom Typ Ia verwendet.

Eigenschaften

Supernovae vom Typ Ia sind die Standardleuchtkerzen der Astrophysik für kosmologische Entfernungen. Weil die Chandrasekhar-Grenzmasse nur gering mit der chemischen Zusammensetzung des Weißen Zwerges variiert wird bei allen Typ-Ia-Supernova eine Energie von 1051 erg frei und dadurch konnte mit Hilfe dieser Eruptionen auf die beschleunigte Expansion des Universums geschlossen werden. Bei der Beobachtung vieler Typ Ia SN wurde eine Untergruppe gefunden, deren Leuchtkraft über und deren beobachtete Expansionsgeschwindigkeit weit unter der normaler Ia SN liegt. Beide Phänomene werden auf eine höhere Masse des Vorgängersterns zurückgeführt, da bei diesen in den thermonuklearen Reaktion während der Detonation mehr 56Ni entsteht, das weiter zu 56Co und 56Fe zerfällt und die Hauptquelle für die Leuchtkraft der Supernova ist. Weiterhin dürfte die höhere Masse des Vorläufersterns durch stärke Gravitationskräfte die Expansion der Ejekta stärker bremsen[2].

Die absolute visuelle Helligkeit liegt im Bereich von Mv -19,5 bis -20,5. Im Spektrum der Super-Chandrasekhar Supernova zeigt sich häufig die Linie des einfach ionisierten Kohlenstoffs, die bei normalen Typ Ia SN nicht beobachtet wird. Die Expansionsgeschwindigkeit des einfach ionisierten Siliziums bleibt über Wochen vor und nach dem Maximum konstant bei einer Geschwindigkeit von 9000 km/s, was nur etwa 50 Prozent des Wertes anderer SN Ia entspricht. Dieser Geschwindigkeitsverlauf wird als das Ergebnis einer Schockwelle interpretiert, die durch zirkumstellares Material läuft wie sie zum Beispiel bei der Verschmelzung zweier Weißer Zwerge entstehen kann[3]. Es gibt im Spektrum keine Anzeichen für eine starke Wechselwirkung mit einem dichten zirkumstellaren Medium um die Supernova, die durch eine Umwandlung von kinetischer Energie in elektromagnetische Strahlung die zusätzliche Leuchtkraft zur Verfügung stellt. Die aus dem Spektren abgeleitete Masse der Ejekta liegt bei mehr als zwei Sonnenmassen[4].

Die Position der Super-Chandrasekhar Supernovae liegt im Halo ihrer Heimatgalaxien oder in wenig entwickelten Zwerggalaxien. In ihrer Umgebung finden sich sehr metallarme Sterne mit einer Metallizität von ungefähr einem Zehntel der Sonne. Wahrscheinlich ist der geringe Metallgehalt auch verantwortlich für die höhere Leuchtkraft dieser eruptiven Veränderlichen[5].

Entstehung

  • Im zweifach entarteten Szenario für Supernova vom Typ Ia kann es zu einer Verschmelzung zweier Weißer Zwerge kommen, die aufgrund der Abstrahlung von Gravitationsstrahlung kollidieren. Bei der Kollision wird genügend Hitze freigesetzt um den thermonuklearen Runaway zu zünden und weil zwei Weiße Zwerge beteiligt sind kann eine Masse von bis zu dem Doppelten der Chandrasekhar-Grenzmasse erreicht werden[6]
  • Durch die Akkretion von einem zweiten Weißen Zwerg kann ein schnell rotierender Weiße Zwerg entstehen, der differentiell rotiert und über die Zentrifugalkräfte die Chandrasekhar-Grenze deutlich überschreiten kann. Dabei sind obere Grenzmassen von bis zu 2,4 Sonnenmassen möglich bevor der akkretierende Weiße Zwerg in einer thermonuklearen Supernova explodiert[7]
  • In einem abgewandelten Szenario durchlaufen ein Weißer Zwerg und ein Roter Riese eine Common Envelope. Dabei taucht der Weiße Zwerge in die ausgedehnte Atmosphäre des Riesensstern ein und wirft diese ab. Der heiße Kern akkretiert Material vom Weißen Zwerg und wird auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt, wodurch die Detonation verzögert wird, weil die Zentrifugalkräfte die Gravitationskräfte kompensieren. Die Rotation des magnetischen Weißen Zwerges führt zu einer Abstrahlung von elektromagnetischer Strahlung und nach einigen Milliarden Jahren explodiert der überschwere entartete Stern[8]
  • Eine asymmetrische Detonation des Weißen Zwerges kann durch eine aspährische Abstrahlung eine über- bzw. unterdurchschnittliche Leuchtkraft je nach Blickwinkel vortäuschen. Allerdings wird diese Hypothese nicht durch polarimetrische Beobachtungen unterstützt[9]

Beispiele

  • SN 2006gz
  • SN 2007if
  • SN 2009dc
  • SN 2003fg

Einzelnachweise

  1. Upasana Das, Banibrata Mukhopadhyay: New mass limit for white dwarfs: super-Chandrasekhar type Ia supernova as a new standard candle. In: Astrophysics. Solar and Stellar Astrophysics. 2013, arxiv:1301.5965.
  2. Stephan Hachinger et al.: Spectral modelling of the “Super-Chandra” Type Ia SN 2009dc – testing a 2 sun mass white dwarf explosion model and alternatives. In: Astrophysics. Solar and Stellar Astrophysics. 2012, arxiv:1209.1339.
  3. R. SCALZO et al.: A SEARCH FOR NEW CANDIDATE SUPER-CHANDRASEKHAR-MASS TYPE Ia SUPERNOVAE IN THE NEARBY SUPERNOVA FACTORY DATASET. In: Astrophysics. Solar and Stellar Astrophysics. 2012, arxiv:1207.2695.
  4. S. Taubenberger et al.: High luminosity, slow ejecta and persistent carbon lines: SN 2009dc challenges thermonuclear explosion scenarios. In: Astrophysics. Solar and Stellar Astrophysics. 2010, arxiv:1011.5665.
  5. Rubab Khan, K. Z. Stanek, R. Stoll, J. L. Prieto: Super-Chandrasekhar SNe Ia Strongly Prefer Metal-Poor Environments. In: Astrophysics. Solar and Stellar Astrophysics. 2011, arxiv:1106.3071.
  6. Yasuomi Kamiya et al.: SUPER-CHANDRASEKHAR-MASS LIGHT CURVE MODELS FOR THE HIGHLY LUMINOUS TYPE Ia SUPERNOVA 2009dc. In: Astrophysics. Solar and Stellar Astrophysics. 2012, arxiv:1207.4648.
  7. IZUMI HACHISU et al.: A SINGLE DEGENERATE PROGENITOR MODEL FOR TYPE Ia SUPERNOVAE HIGHLY EXCEEDING THE CHANDRASEKHAR MASS LIMIT. In: Astrophysics. Solar and Stellar Astrophysics. 2011, arxiv:1106.3510.
  8. Marjan Ilkov and Noam Soker: TYPE IA SUPERNOVAE FROM VERY LONG DELAYED EXPLOSION OF CORE-WD MERGER. In: Astrophysics. Solar and Stellar Astrophysics. 2011, arxiv:1106.2027.
  9. Masaomi Tanaka et al.: SPECTROPOLARIMETRY OF EXTREMELY LUMINOUS TYPE Ia SUPERNOVA 2009dc: NEARLY SPHERICAL EXPLOSION OF SUPER-CHANDRASEKHAR MASS WHITE DWARF. In: Astrophysics. Solar and Stellar Astrophysics. 2009, arxiv:0908.2057.