Wetenschap
Uitleg over een supernova-parelsnoer
Natuurkundigen wenden zich vaak tot de instabiliteit van Rayleigh-Taylor om uit te leggen waarom vloeibare structuren in plasma's ontstaan, maar dat is misschien niet het hele verhaal als het gaat om de ring van waterstofklonten rond supernova 1987A, suggereert onderzoek van de Universiteit van Michigan.
In een onderzoek gepubliceerd in Physical Review Letters , beweert het team dat de instabiliteit van de Kraai het 'parelsnoer' dat het overblijfsel van de ster omcirkelt, beter verklaart, en licht werpt op een al lang bestaand astrofysisch mysterie.
"Het fascinerende hiervan is dat hetzelfde mechanisme dat het ontwaken van vliegtuigen verbreekt hier een rol zou kunnen spelen", zegt Michael Wadas, corresponderend auteur van het onderzoek en een afgestudeerde student werktuigbouwkunde ten tijde van het werk.
In straalcontrails veroorzaakt de instabiliteit van de Crow breuken in de vloeiende lijn van wolken vanwege de spiraalvormige luchtstroom die uit het uiteinde van elke vleugel komt, ook wel vleugeltipwervelingen genoemd. Deze wervels vloeien in elkaar over, waardoor gaten ontstaan – iets wat we kunnen zien door de waterdamp in de uitlaat. En de instabiliteit van de Kraai kan iets doen wat Rayleigh-Taylor niet kon:het voorspellen van het aantal klonten dat rond het overblijfsel wordt gezien.
"De instabiliteit van Rayleigh-Taylor zou je kunnen vertellen dat er misschien klonten zijn, maar het zou erg moeilijk zijn om er een aantal uit te halen", zegt Wadas, die nu postdoctoraal onderzoeker is aan het California Institute of Technology.
Supernova 1987A is een van de beroemdste stellaire explosies omdat hij relatief dicht bij de aarde staat op een afstand van 163.000 lichtjaar, en zijn licht de aarde bereikte in een tijd dat er geavanceerde observatoria bestonden om getuige te zijn van de evolutie ervan. Het is de eerste supernova die met het blote oog zichtbaar is sinds de supernova van Kepler in 1604, waardoor het een ongelooflijk zeldzame astrofysische gebeurtenis is die een grote rol heeft gespeeld in het vormgeven van ons begrip van de evolutie van sterren.
Hoewel er nog veel onbekend is over de ster die explodeerde, wordt aangenomen dat de gasring rond de ster vóór de explosie het gevolg was van de samensmelting van twee sterren. Die sterren stoten waterstof uit in de ruimte om hen heen toen ze tienduizenden jaren vóór de supernova een blauwe reus werden. Die ringvormige gaswolk werd vervolgens geteisterd door de stroom van met hoge snelheid geladen deeltjes die van de blauwe reus afkwam, bekend als een stellaire wind. Aangenomen wordt dat de klonten zich hebben gevormd voordat de ster explodeerde.
De onderzoekers simuleerden de manier waarop de wind de wolk naar buiten duwde en tegelijkertijd over het oppervlak sleepte, waarbij de boven- en onderkant van de wolk sneller naar buiten werden geduwd dan het midden. Dit zorgde ervoor dat de wolk zich in zichzelf opkrulde, wat de instabiliteit van de Kraai veroorzaakte en ervoor zorgde dat deze uiteenviel in redelijk gelijkmatige klonten die het parelsnoer werden. De voorspelling van 32 komt zeer dicht in de buurt van de waargenomen 30 tot 40 klonten rond het overblijfsel van de supernova uit 1987A.
"Dat is een groot deel van de reden waarom we denken dat dit de Crow-instabiliteit is", zegt Eric Johnsen, hoogleraar werktuigbouwkunde aan de U-M en senior auteur van het onderzoek.
Het team zag aanwijzingen dat de instabiliteit van de Crow de vorming zou kunnen voorspellen van meer kralenringen rond de ster, verder weg van de ring die op telescoopbeelden het helderst lijkt. Ze waren blij om te zien dat er meer klonten lijken te verschijnen in de opname van de nabij-infraroodcamera van de James Webb Space Telescope, die in augustus vorig jaar werd uitgebracht, legde Wadas uit.
Het team suggereerde ook dat de instabiliteit van de Kraai een rol zou kunnen spelen wanneer het stof rond een ster zich op planeten nestelt, hoewel verder onderzoek nodig is om deze mogelijkheid te onderzoeken.
Co-auteurs van de studie zijn William White en Aaron Towne, respectievelijk een afgestudeerde student en een assistent-professor in werktuigbouwkunde; en Heath LeFevre en Carolyn Kuranz, respectievelijk een onderzoekscollega en universitair hoofddocent kerntechniek en radiologische wetenschappen; allemaal bij U-M.