Detektion von stellaren Ausbrüchen im Jahrzehnt bevor massereiche Sterne als Supernovae explodieren

• Antragstellerin: Dr. Nora Linn Strotjohann
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 461903330

In den letzten Monaten oder Jahren bevor massereiche Sterne als Kernkollaps-Supernovae (SNe) explodieren werden teils helle stellare Ausbrüche beobachtet. Dies war eine überraschende Entdeckung, da die meisten Sternentwicklungsmodelle solche Eruptionen nicht vorhersagen. Ich plane eine systematische Studie, um die Ausbruchsraten für alle SN-Klassen zu messen. Ermöglicht wird dies durch die Zwicky Transient Facility (ZTF) Himmelsdurchmusterung, die in bereits tausende Beobachtungen für alle Positionen im Nordhimmel gesammelt hat. Zusätzliche Daten der Palomar Transient Factory Durchmusterung (2009-2017) erlauben mir, die Suche auf mehr 10 Jahre vor der SN-Explosion auszudehnen.Bisher habe ich 100 000 ZTF Bilder analysiert, um nach stellaren Eruptionen vor 196 SNe zu suchen, die in einem dichten zirkumstellaren Medium explodieren. Viele der 19 detektierten Ausbrüche gehen der SN unmittelbar vorraus und dauern mehrere Monate. Die Eruptionsenergie von bis zu 1e49 erg kann nur dann durch Interaktion erzeugt werden, wenn der Stern mindestens eine Sonnenmasse Material auswirft. Die Eruptionsrate steigt in den letzten drei Monaten vor der SN-Explosion um einen Faktor fünf an, ein deutliches Zeichen dafür, dass ein Zusammenhang mit dem nahenden Kernkollaps besteht.Ich werde die bisherige Suche verbessern und sie auf wasserstoffarme SN (1 Million Bilder im Juni 2021 erhältlich) und auf reguläre Type II SNe (5 Millionen Bilder im Juni 2022) ausweiten. Außerdem werde ich nach Eruptionen vor kürzlich explodierten SNe suchen, um diese Quellen mit Hilfe von spektroskopischen und Multiwellenlängen-Beobachtungen genau zu charakterisieren.Die beobachteten Ausbrüche erlauben Rückschlüsse auf den Prozess, der ihre Helligkeit erzeugt, und darüber, wie viel Materie der Stern verliert. Dieses Wissen über die Umgebung des Sterns ermöglicht es, SNe genauer und robuster zu modelieren. Die detektierten Eruptionen spiegeln außerdem den Zustand der Sternhülle und Atmosphäre wider und liefern so Anhaltspunkte für hydrodynamische Simulationen. Die Eruptionsraten für verschiedene Vorläufersterne können offenlegen, welche Sterne einen ähnlichen inneren Aufbau haben, der es erlaubt, Energie aus dem Kern schnell in die Sternhülle zu tragen.Desweiteren wird meine Arbeit den physikalischen Ursprung der Eruptionen identifizieren. Theoretische Modelle erklären die Ausbrüche entweder durch die Interaktion mit einem Begleitstern, durch eine Reduktion der Gravitation durch hohe Neutrinoflüsse, durch turbulentes Neon- oder Sauerstoffbrennen oder durch explosives Sauerstoff-Schalenbrennen. Diese Modelle kann ich testen, indem ich die Eruptionsenergie messe, die Zeit der Ausbrüche relativ zur SN-Explosion bestimme und beobachte welche Vorgängersterne Eruptionen hervorbringen. Da die Ausbrüche höchstwahrscheinlich mit dem Kernkollaps eng zusammenhängen, können sie entscheidende Informationen über die Prozesse im Zentrum des Sterns liefern, die letztendlich zur SN-Explosion führen.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Israel
• Gastgeber: Professor Avishay Gal-Yam