In een unieke studie een internationaal team van onderzoekers, waaronder leden van het Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU), simuleerde de gewelddadige botsingen tussen supernova's en het omringende gas - dat wordt uitgeworpen vóór een supernova-explosie, daardoor een extreme helderheid afgeven.

Er zijn de afgelopen tien jaar veel supernova's ontdekt met een piekhelderheid die één tot twee orden van grootte hoger is dan bij normale supernova's van bekende typen. Deze stellaire explosies worden Superluminous Supernovae (SLSNe) genoemd.

Sommigen van hen hebben waterstof in hun spectra, terwijl sommige anderen een gebrek aan waterstof aantonen. De laatste worden Type I genoemd, of waterstofarm, SLS Ne-I. SLS Ne-I daagt de theorie van stellaire evolutie uit, omdat zelfs normale supernova's nog niet volledig worden begrepen vanuit de eerste principes.

Onder leiding van Sternberg Astronomical Institute-onderzoeker Elena Sorokina, die gastonderzoeker was bij Kavli IPMU, en Kavli IPMU hoofdonderzoeker Ken'ichi Nomoto, Wetenschappelijk medewerker Sergei Blinnikov, evenals projectonderzoeker Alexey Tolstov, het team ontwikkelde een model dat een breed scala aan waargenomen lichtcurven van SLSNe-I kan verklaren in een scenario dat veel minder energie vereist dan andere voorgestelde modellen.

De modellen die de gebeurtenissen demonstreren met het minimale energiebudget omvatten meerdere uitstoot van massa in presupernovasterren. Massaverlies en opbouw van omhulsels rond massieve sterren zijn algemene kenmerken van stellaire evolutie. Normaal gesproken, die enveloppen zijn nogal verdund, en ze veranderen het licht dat in de meeste supernova's wordt geproduceerd niet significant.

In sommige gevallen, een paar jaar voor de laatste explosie worden grote hoeveelheden massa uitgestoten. Vervolgens, de "wolken" rond supernova's kunnen behoorlijk dicht zijn. De schokgolven die worden geproduceerd bij botsingen van supernova-ejecta en die dichte schillen, kunnen de vereiste lichtkracht leveren om de supernova veel helderder te maken dan een "naakte" supernova zonder vooraf uitgeworpen omringend materiaal.

Deze klasse van de modellen wordt aangeduid als "interacterende" supernova's. De auteurs laten zien dat het interactiescenario in staat is om zowel snel als langzaam vervagende SLSNe-I te verklaren, dus het grote bereik van deze intrigerend heldere objecten kunnen in werkelijkheid bijna gewone supernova's zijn die in een buitengewone omgeving worden geplaatst.

Een andere bijzonderheid is de chemische samenstelling die wordt verwacht voor de circumstellaire 'wolken'. Normaal gesproken, stellaire wind bestaat voornamelijk uit waterstof, omdat alle thermonucleaire reacties plaatsvinden in het centrum van een ster, terwijl de buitenste lagen waterstofhoudend zijn.

In het geval van SLSNe-I, de situatie moet anders zijn. De voorloperster moet ruim voor de explosie zijn waterstof en een groot deel van het helium kwijtraken, zodat een paar maanden tot een paar jaar voor de explosie, het stoot voornamelijk koolstof en zuurstof uit, en exploderen dan in die dichte CO-wolk. Alleen deze samenstelling kan de spectrale en fotometrische kenmerken van waargenomen waterstofarme SSLNe in het interactiescenario verklaren.

Het is een uitdaging voor de stellaire evolutietheorie om de oorsprong van zulke waterstof- en heliumarme voorlopers en het zeer intensieve massaverlies van CO-materiaal net voor de uiteindelijke explosie van de ster te verklaren. Deze resultaten zijn gepubliceerd in een paper dat is geaccepteerd door The Astrofysisch tijdschrift .