Engines in the Ashes

QC 2026-10-05

Abstract

Kärnkollapssupernovor (CCSN) markerar slutet på massiva stjärnors liv, och lämnar efter sig kompakta objekt samtidigt som kraftiga chockvågor sveper genom den omgivande miljön. Långt innan stjärnan exploderar förlorar den massiva moderstjärnan materia genom stjärnvindar som formar den circumstellära omgivningen som det utslungade materialet senare expanderar genom. När det utslungade materialet, ejekta, kolliderar med det circumstellära mediet (CSM) skapas en framåtchock och en bakåtchock som hettar upp ejektat och CSM till flera miljoner grader, vilket ger upphov till röntgenstrålning.

I explosionens mitt ligger det nyfödda kompakta objektet gömt bakom det expanderande ejektat. Vissa av dessa kompakta objekt är snabbt roterande och starkt magnetiserade neutronstjärnor vi kallar pulsarer. När pulsarens rotation avtar konverteras dess rotationsenergi till elektromagnetisk strålning och relativistiska partiklar som ger upphov till strålning från den relaterade pulsarvindnebulosan (PWN). Denna strålning avges även den i röntgenområdet av det elektromagnetiska spektrumet.

Vissa CCSN är signifikant mer ljusstarka än andra. Bland de allra ljusstarkaste explosioner finner vi superluminösa supernovor (SLSNe). På grund av dess höga explosionsenergier är de konventionella mekanismer som driver supernova (SN) explosioner, inte tillräckliga och man tror att en ytterligare energikälla krävs. Två modeller som fått mycket uppmärksamhet är chockinteraktion med CSM och millisekundpulsarer med extrema magnetfält som vi ofta kallar magnetarer. Men om dessa energiprocesser ensamt kan vara drivkraften i SLSNe, eller om det är en kombination av dem båda, eller något annat, är fortfarande en öppen fråga.

Kopplingen mellan moderstjärnan, SN explosionen och egenskaperna av det kompakta objektet är fortfarande oklara. Denna avhandling bidrar till att utöka vår förståelse kring dessa ämnen, genom röntgenstudier av ett omfattande urval av CCSNe, där vi presenterar både röntgendetektioner samt ytterligare begränsningar på de kompakta objektens egenskaper och moderstjärnornas massförlusthistoria. Utöver detta så bidrar denna avhandling till att utöka populationen av röntgendetekterade SLSNe och därigenom bidra med ytterligare begränsningar för dess energikällor.

Röntgenobservationer vid senare tider av närbelägna CCSN bidrar till ytterligare begränsningar på kompakta objekts egenskaper vid födsel. Resultaten talar för en pulsarpopulation med relativt långa initiala rotationsperioder, men också att röntgenstrålning från CSM-interaktion dominerar vid senare tider. Vi detekterar en hård röntgenkomponent hos SN 1979C som är kompatibel med emission från en ung pulsar, antaget att det finns lite eller ingen ejektaabsorption.

Vi utökar det väldigt begränsade urvalet av röntgendetekterade SLSNe genom att studera och detektera SN 2018bsz vid flera tillfällen. Dess röntgenutveckling kan inte förklaras av en standardmagnetarmodell, speciellt inte om vi tar hänsyn till ejektaabsorption. Däremot kan en interaktionsmodell av CSM återskapa dess ljusstyrka och ljuskurva. Detta resulterar i nya bevis att CSM interaktion kan bidra signifikant till, åtminstone en del av vätefattiga SLSNe extrema ljusstyrka. Resultatet påvisar också variationen i energikällor hos SLSNe.

Slutligen, genom en omfattande röntgenstudie av Typ II SNe, bidrar vi med nya röntgendetektioner av SNe, undersöker tidig CSM absorption och kartlägger tidsutvecklingen av moderstjärnornas massförlust. Vi ser att för vissa SNe avviker massförlustens tidsutveckling från vad som förväntads för sfäriskt symmetriska och stationära stjärnvindar före explosion.

Link to DiVA