Supernovien ympäristöjä tutkimalla uutta tietoa tähtien kehityksestä (Väitös: FM Tuomas Kangas, 12.5.2017, tähtitiede)
Turun yliopistossa väittelevä FM Tuomas Kangas esittelee väitöskirjassaan erilaisia menetelmiä supernovina räjähtävien massiivisten tähtien ominaisuuksien selvittämiseksi. Näistä tärkeimpänä esiin nousee supernovien yhteys voimakkaan tähtiensynnyn alueisiin, jonka avulla voidaan määrittää erilaisten supernovatyyppien edeltäjätähtien ominaisuuksia. Esimerkiksi vuorovaikuttavien kaksoistähtien merkitys on osoittautunut tärkeäksi tekijäksi pelkän tähden massan lisäksi. Uusia tuloksia voidaan hyödyntää tähtien kehitysmallien parantamiseen.
Turun yliopiston tiedote 2.5.2017
Supernovat eli tähtien räjähdykset lukeutuvat maailmankaikkeuden kirkkaimpiin ilmiöihin. Muutaman kuukauden ajan supernovaräjähdys voi olla koko emogalaksiaan kirkkaampi. Erittäin harvinaiset ns. superkirkkaat supernovat ovat vielä tavallisia supernoviakin monia kertoja kirkkaampia. Supernovat voidaan havainnollisesti jakaa useaan eri tyyppiin, joista suurin osa lukeutuu ns. luhistumissupernoviin, yli 8 tai 9 Auringon massaisten lyhytikäisten tähtien räjähdyksiin.
Tuomas Kangas Turun yliopistosta on tarkastellut väitöskirjatutkimuksessaan erityyppisten luhistumissupernovien edeltäjätähtiä ja erilaisia havaintoihin perustuvia menetelmiä niiden tutkimiseen. Supernovatyyppien yhdistäminen erilaisiin tähtiin antaa arvokasta tietoa tähtien kehityksestä puutteellisesti ymmärretyssä vaiheessa lähellä niiden elinkaaren loppua.
– Eri menetelmiä luhistumissupernovien edeltäjätähtien selvittämiseen on useita. Suurin paino väitöskirjassani annetaan tilastolliselle menetelmälle, jossa mitataan supernovien yhteyttä voimakkaan tähtiensynnyn alueisiin. Mitä nuorempi ja massiivisempi räjähtänyt tähti oli, sitä todennäköisemmin sen kuuluisi edelleen sijaita samalla tähtiensyntyalueella, jossa se syntyi. Pienemmät ja pitkäikäisemmät tähdet ehtivät ajautua alueen ulkopuolelle tai alue itse ehtii hajota ennen niiden räjähtämistä. Tämän perusteella voidaan asettaa eri supernovatyypit järjestykseen edeltäjätähden massan mukaan. Lisäksi samaa menetelmää voidaan soveltaa läheisten galaksien tähtiin, joiden massat tunnetaan paremmin, ja etsiä parhaiten tiettyä massaa vastaava supernovatyyppi tilastollisilla testeillä, Kangas kertoo.
Tällä menetelmällä saaduista tuloksista käy ilmi muun muassa, että yli 25 Auringon massaisilla ns. Wolf-Rayet-tähdillä on todennäköisesti pieni rooli vedyttömien ns. stripped-envelope-supernovien tuottamisessa. Vähemmän massiiviset (n. 8–20 Auringon massaiset) vuorovaikuttavat kaksoistähdet ovat vastuussa suurimmasta osasta näistä räjähdyksistä. Näiden kahden tähtityypin vaikutus on viime vuosina askarruttanut supernovatutkijoita.
– Vedyn puute supernovassa tarkoittaa, että tähden täytyy menettää jollakin tavalla suuri osa massastaan. Erittäin massiivisissa tähdissä tähtituuli voi olla tähän tarpeeksi voimakas, mutta toisaalta kaksoistähtijärjestelmässä tähdet voivat olla fyysisesti tarpeeksi lähekkäin, jotta suurempi luovuttaa massaa pienemmälle. Kummallakin tavalla periaatteessa saadaan aikaan vedytön supernova. On tärkeää tietää, kumpi mahdollisuus dominoi, jotta tähtien kehitysmallit saadaan vastaamaan todellisuutta paremmin, Kangas selittää.
Superkirkkaiden supernovien "puuttuva rengas"
Kankaan väitöskirja käsittelee ympäristöihin perustuvien menetelmien lisäksi myös supernovien suorempaa tutkimusta. Superkirkkaiden supernovien ympäristöjen tutkiminen edellä mainitulla tavalla ei vielä ole mahdollista niiden harvinaisuuden ja kaukaisuuden vuoksi, mutta niiden edeltäjätähdistä voidaan saada tietoa sovittamalla havaintoihin numeerisia malleja.
– Seurasimme havainto-ohjelmassamme kaikkien aikojen läheisintä superkirkasta supernovaa nimeltä Gaia16apd käyttäen yhteispohjoismaista NOT-teleskooppia. Kyseinen supernova on yhteensopiva yli 35 Auringon massaisen tähden kanssa, joka räjähtäessään synnyttää ns. magnetarin eli äärimmäisen magneettisen, nopeasti pyörivän neutronitähden. Magnetarin pyörimisenergia muuttuu magneettikentän energian kautta säteilyksi ja antaa räjähdykselle ylimääräistä energiaa, Kangas kertoo.
Lisäksi Gaia16apd on välimuoto hitaasti ja nopeasti kehittyvien räjähdysten välissä, joihin superkirkkaat supernovat on tähän asti jaettu. Tämä "puuttuva rengas" antaa vihjeen siitä, että molempien alaluokkien edeltäjätähdet ovat samankaltaisia.
***
FM Tuomas Kangas esittää väitöskirjansa Observational studies of core-collapse supernova progenitors and their environments julkisesti tarkastettavaksi Turun yliopistossa perjantaina 12.5.2017 klo 12 (Turun yliopisto, Publicum, Pub 3 -luentosali, Assistentinkatu 7, Turku).
Vastaväittäjänä toimii VLT Programme Scientist Bruno Leibundgut (European Southern Observatory, Saksa) ja kustoksena professori Seppo Mattila (Turun yliopisto). Tilaisuus on englanninkielinen.
FM Tuomas Kangas on syntynyt vuonna 1988 ja kirjoittanut ylioppilaaksi Hämeenlinnan yhteiskoulun lukiossa 2006. Kangas suoritti korkeakoulututkintonsa (FM) Turun yliopistossa vuonna 2012. Väitöksen alana on tähtitiede. Kangas työskentelee Turun yliopistossa tohtorikoulutettavana.
Väittelijän yhteystiedot: p 040 861 3270, tjakan@utu.fi
Väitöskirja on julkaistu sähköisenä: https://www.doria.fi/handle/10024/134456