Præsentation er lastning. Vent venligst

Præsentation er lastning. Vent venligst

Af Malene Lønvig og Martin Holm Erichsen

Lignende præsentationer


Præsentationer af emnet: "Af Malene Lønvig og Martin Holm Erichsen"— Præsentationens transcript:

1 Af Malene Lønvig og Martin Holm Erichsen
Type Ia Supernova Af Malene Lønvig og Martin Holm Erichsen

2 SN Ia Thermonuclear eksplosion af WD Del af binært stjernesystem
WD bestående af Carbon og Oxygen som ved massetilvækst når Chandrasekhar massen på omkring 1,4MSol Sammensmeltning af to WD Super-Chandrasekhar-masse WD

3 Definition af Type Ia SN
Bestemmes ved spektroskopi; Ingen H og He Stærk Si II absorptions linie ved maksimal lysstyrke (λ = 6355 Å) Ingen radio kilde

4

5 Benyttes til afstandsbestemmelse (Standard Candles) Kosmologi
Bestemmelse af Hubble konstanten Acceleration af Universets udvidelse

6 Observationer Lyskurver indeholder information omkring SN Ia
Lys stærke SN Ia har bredde og langsomt aftagende LC Svage har smalle og hurtigt aftagende LC Evidens for korrelation mellem SN Ia og stjerne population hvori den befinder sig Sekundært maksimum i I-båndet

7 Observationer Typisk maksimal magnitude på -19.6
På t ≈20dage stiger lysstyrken til maks.

8 Observationer Stor homogenitet for hovedparten af SN Ia → små spektroskopiske og fotometriske forskelle (∆L~1mag) Typisk SN indeholder følgende ved maks. lys: Neutral og enkelt ioniseret Si, Ca, Mg, S og O

9

10 Observationer Ved eksplosionen varer hydrodynamik og kerneafbrændings processer kun ~1 min. Luminositeten efter eksplosionen er drevet af radioaktive henfald Specielt: 56Ni→56Co→56Fe

11 Forløberstjerne SN Ia ikke nødvendigvis en WD
Ingen observation af forløberstjerne (I modsætning til SN II) Indirekte bestemmelse af SN Ia’s natur 11

12 Forløberstjerne Observationer
Som nævnt ingen H (<0.1 MSun) Si II indikerer kerne processer og at produktet bliver udslynget ved eksplosionen Ejecta hastighed indikerer fusion af 1MSun C og O til Fe-gruppe eller middelmasse elementer R<10,000 km → kompakt objekt

13 Forløber stjerne Observationer
Efter 2 uger domineres spektret af Fe II og senere Co III Indikerer thermonuclear eksplosion af kompakt stjerne Forløbertype Stjerne med HS masse omkring 6-8MSun WD

14 Forløberstjerne Observationer
Meget ens lyskurver, spektre samt lille spredning i peak luminositet→ homogen forløber klasse Favoritiserer at Type SNe Ia stammer fra WD(C+O WD)

15 Pre-Ignition Stor usikkerhed på C/O forhold skal kendes gennem den WD
Termisk struktur Kemisk sammensætning C/O forhold skal kendes gennem den WD Disse usikkerheder→ ad hoc antagelser om start betingelserne for eksplosions modeller Multi-dimensionelle simulationer

16 Eksplosions modeller Sfærisk sym. 1D
Mangler vigtige aspekter af multi-dimensionel thermonuclear afbrænding Kombinerer dog hydrodynamik med detaljerede nuclearsynthesis udregninger

17 Eksplosions modeller 2D og 3D
Gør det mulig at lave direkte numeriske simulationer og forklare relevant forbrænding diffusion skalaer af mikroskopiske flamme ustabiliteter flamme-turbulente vekselvirkninger

18 Eksplosions modeller Kerne reaktions raten ~T12 ved T≈1010 K
Deflagration(”flames”): kerneafbrændning udbreder sig konduktivt (subsonisk) Detonation: kerneafbrændingen udbreder sig ved chok sammenpresning (supersonisk)

19 Detonation Varme fra kerneafbrændning→ Højt overtryk
Hydrodynamisk chok bølge som antænder brændstof ved ”compressional heating” Selvopretholdende forbrændings front → detonation Supersonisk hastigheder tillader ikke ubrændt materiale at udvide sig før det er brændes

20 Deflagration Svagt overtryk → temperatur gradient øges indtil ligevægt mellem varme diffusion og energi generation Forbrændings fronten består af en diffusion zone(opvarmer brændstof), fulgt af et tyndt reaktions lag(brændstof → energi) Subsoniske hastigheder mht. ubrændt materiale

21 Deflagration Subsoniske hastigheder betyder at stjerne materiale kan udvides inden det indhentes af flammen Forbrænding ved lav ρ → middel masse elementer produceres Hovedparten af 56Ni produceres tildligt i deflagrations fasen

22 Flame ignition Temp. fluktuationer i den konvektive kerne af elektron-udartet WD → thermonucelar ”runaway” hurtig stigning i energi pga. kerneafbrænding af C og O → flammen skabes

23 Forskellige eksplosions modeller
Prompt detonation Ren turbulent deflagration Delayed detonation(DDT)

24 Prompt detonation Hillebrandt og Niemeyer, astro-ph/ v1, 21 Jun 2000 Hydrodynamisk simulation, Arnett (1969)(se reference i Hillebrandt og Niemeyer) Antog termonuclear forbrænding → detonations bølge, som opsluger hele stjernen → ingen udvidelse af C+O materiale før afbrænding C+O omdannes til Fe Ingen middel-masse elementer Selv-udslukning ved høje densiteter(ρ > 2×107 g cm-3) for C+O detonation

25 Ren turbulent deflagration
Röpke et al. 2007, The Astrophysical Journal 668, Deflagration udbredelse er formidlet ved mikrofysisk varmetransport Ren deflafration for svag til at skabe obs. eksplosioner Flammen skal acceleres vha. turbulens Turbulens buoyant opstigning af brændende ”bobler”forudsager turbulent bevægelse (grundet RT og KH ustabiliteter Flammen vekselvirker med eddies der på mindre skala henfalder i turbulente kaskader → flammen accelerer

26 3D turbulent deflagration (Röpke et al, 2007)
t=0-0.6s: Efter antændelse af flere delvist overlappende flamme kernels vokser aske-regionen og bevæger sig mod overfladen t=0.6-3s: Individuelle kernels deformeres → vokser → merger → flamme strukture dannes Strukturene udvikler sig og domineres af Stor skala: Buoyancy ustabiliteter Lille skala: Turbulente kaskader

27

28 3D turbulent deflagration
t=3.0s: Flammen bevæger sig mod overfladen ρbrændstof falder imod min. for produktion af middel-masse elementer Forbrænding stopper → flammen slukkes Asken har nået ejecta overfladelaget t=3-10 s: Udvikling styres af hydrodynamisk relaxation mod homogen ekspansion

29

30 3D turbulent deflagration
Modellen har ingen frie parametre foruden starbetingelserne for flamme antændelse(usikker) og den WD Overensstemmelse med svag SN Ia bolometriske lyskurve kemisk sammensætning af ejecta Manglende middel-masse elementer i ydre ejecta lag Ikke tilstrækkelig energi til at beskrive stærke og normale SN Ia (eksplosions styrke) → ikke nok M(56Ni) Kan beskrive starten af en større eksplosions mekanisme → deflagration - detonation

31 Delayed detonation(DDT)
På Jorden kan en spontan overgang fra turbulent deflagration til detonation (deflagration-detonation transition, DDT) forekomme Giver til at begynde med langsom afbrænding krævet for at udvide stjerner (turbulent deflagration) Efterfulgt af hurtig forbrænding (detonation)

32 DDT Detonation foregår i de sene stadier af eksplosionen
Overgang foregår i fordelings området(ρ~107 g cm-3) For at udløse en detonation skal v’~108 cm/s (20% af vlyd) Röpke 2007, The Astrophysical Journal, 668, , estimere v’ i 3D-simuleringer

33

34 DDT Finder tilstrækkelig høje v’ til at DDT kan forekomme
DDT mest sandsynlig i de ydre dele af deflagrations flammen Overgang til detonation sker ikke ofte i løbet af en SN → da sandsynlighed for høj v’ er lav

35 DDT DDT afhænger af formationen af detonationen hvilket kræver yderlige studier Detonationen kan ikke altid nå alle områder med ubrændt materiale men detonations fronten dannet et enkelt sted brænder det meste af tilbageværende brændstof. Resultaterne indikere at DDT kan være mulig

36 Super-Chandrasekhar-masse
Howell el al. 2006, Nature, vol 443. Masse større end 1.4 Msol Observere SN Ia med stærke lyskurver og høj luminusitet, (og lille v) Ex: SNLS-03D3bb maks. MV = Ca 2.2 gange så høj luminositet Lille hastighed → større Ni-masse → større masse af forløberstjernen

37 DD merger Alternativ til SD WD.
Double degenerate (DD) model hvor 2 WD sammensmelter. DD-model → neutron stjerne dannelse.. MEN nye studier viser at en eksplosion som SN Ia er mulig, (Yoon et al. 2007, MNRAS)

38 DD merger Forekomsten af C og dets hastigheds fordeling giver hints til naturen af SN Ia eksplosionen. (Hicken et al. 2007,The Astrophysical Journal, 669, L17-L20) For normale SN Ia er C ofte svag eller fraværende i optisk og IR spektre Passer bedst med DDT i et SD system → idet DD mergers efterlader betydelige mængder ubrændt materiale i de ydre lag. Tilstedeværelsen af store mængder C øger muligheden for en DD merger

39 DD merger DD mergers kan have masse og luminositet udover Chandrasekhar grænsen 2 observerede SN Ia mulige merger begivenheder SN 2003fg SN 2005hj.

40 DD merger Hicken et al. 2007,The Astrophysical Journal, 669, L17-L20, ser på SN Ia 2006gz Største mængder af ubrændt C som er obs. til dato Lav Si hastighed ved tidlige tider Lyskurven er meget bred og lysstærk Obs. peger på at SN 2006gz stammer fra en sammensmeltning af 2 WD.

41

42 SN 2006gz VSi II udsædvanlig lav og konstant ved tidlige tider
Mulig bevis på overliggende materiale C II linjer Desuden tidligt plateau i hastigheden for både Si II og C II mellem -14 og -13 dage.

43 SN 2006gz C helt sikkert tilstede, men hastigheds plateau er meget kort og ligger meget tidlig. Den mest brede SN Ia lyskurve som nogensinde er observeret. Δm15(B)=0.69±0.04

44 SN 2006gz Stigningstiden til maksimal lysstyrke er på 16.6±0.6 dage
meget kort sammenlignet med det langsomme fald Manglende andet peak i´-bånd som ellers forventes

45 SN 2006gz Langsom-aftagende og over-lysstærke SNe Ia → late-type galakser Hurtigt-aftagende og sub-lysstærke SNe Ia → early-type galakser/hosts. MV=-19.74±0.16 og farve på B-V~-0.17±0.05 Mulig S-Ch SN 2003fg, MV=-19.85±0.06 og farve på B-V~-0.15

46 SN 2006gz For RV=3.1 bestemmes MNi=1.20±0.28 MSun .
For RV=2.1 fås MNi=1.02±0.21 MNi 1.4 MSun WD kan producere ~ MSun af 56Ni (Khoklov 2007, se note i Hicken et al. 2007) DD mergers modeller (Khokhlov et al. 1993, A&A, 270, 223) 1.2 MSun WD detonation inden i C-O envelopes. Producerer 0.63 MSun af 56Ni. Producerer bredde lyskurver, ligesom det ses i SN 2006gz efter maksimal lysstyrke.

47 SN 2006gz Opsummering Stor mængde ubrændt C.
Lav tidlig-tids silicium hastighed. Lysstærk og bred lyskurve.

48 SN 2006gz I Hicken et al diskuteres forklaringer på observationerne: C del af photospheren ved tidlige tider. Betyder at eksplosionen ikke brændte alt C → ydre WD C-O lag som accelereres og fortyndes under en deflagration fase. ELLER skyldes det obs. C at envelopen af DD merger bliver chocked og accelereret inden for de første få sekunder af eksplosionen. Lav og langsom aftagende Si hastighed ved tidlige tider, samt dybe og smalle Si absorption egenskaber → DD merger modeller. MNi, copious Si og andre ikke-Fe elementer udelukker SD detonation S-Ch forløber er en god mulighed.

49 SN 2006gz Hovedegenskaber kan forklares ved forskellige modeller (SD og DD) Dog peger disse egenskaber på at SN 2006gz er resultatet af en sammensmeltning af 2 WD.

50 Lys ekkoer Pastorello og Patat. 2008, Nature, vol 456.
Kan bruges til at afgøre klassifikationen af SN Ex: Tycho Brahes SN1572 → information omkring eksplosionen Lys ekko spektrum har bekræftet at SN1572 er en SN Ia

51 Lys-ekkoer En SN producerer et glimt Udvider sig med lysets hastighed
I vacuum ingen spredning af lyset I IM rammer fotonerne støv → spredning af lyset og forsinkelse

52 Lys ekko Variationen i lysstyrken gør det muligt at detektere lys ekkoer via gentagende observationer

53 Lys ekko Ekko spektrum sammenlignet med SN Ia spektrer
Viser at SN1572 er af typen Ia


Download ppt "Af Malene Lønvig og Martin Holm Erichsen"

Lignende præsentationer


Annoncer fra Google