Das Schicksal von Sternen mittlerer Masse: Untersuchung von thermonuklearen Elektron Capture Supernovae und ihren beobachtbaren Eigenschaften

• Antragsteller: Professor Dr. Friedrich Röpke
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 537700965

Sterne im mittleren Massenbereich (~7 bis 11 Sonnenmassen) fusionieren Kohlenstoff nicht-explosiv und erzeugen Sauerstoff-Neon (ONe) Kerne mit hoher Dichte. Das Schicksal dieser Sterne ist unklar. Erzeugen sie einen großen Teils der Neutronensterne im Universum? Sind sie wichtig für die Entstehung von Objekten von hohem astrophysikalischem Interesse wie binäre Millisekunden-Pulsare oder Quellen von Gravitationswellen? Wie tragen sie zur Anreicherung der Galaxien mit schweren Elementen bei? Ein gut untersuchtes Szenario beinhaltet starke Elektroneneinfangreaktionen, die die Sternkerne destabilisieren und zu einem Gravitationskollaps führen, bei dem Neutronensterne entstehen. Die durch die Elektroneneinfänge freigesetzte Wärme zündet jedoch ein explosives thermonukleares Sauerstoffbrennen. Die damit verbundene Energieerzeugung wirkt dem Gravitationskollaps entgegen und kann stattdessen zu thermonuklearen Explosionen führen. Diesen "thermonuklearen Electron Capture Supernovae" wurde bisher nur wenig Aufmerksamkeit geschenkt, obwohl Sternentwicklungsrechnungen zeigen, dass die in den ONe-Kernen erreichten zentralen Dichten wahrscheinlich eine thermonukleare Explosion begünstigen. In einer Vorarbeit haben wir die ersten dreidimensionalen Simulationen dieses Szenarios vorgestellt und seine Auswirkungen auf die galaktische chemische Entwicklung analysiert. Obwohl wir keinen fundamentalen Grund gefunden haben, das Szenario zu verwerfen, bleibt es ein theoretisches Konzept, das durch direkte Beobachtungen überprüft werden muss. Dies ist das Ziel des vorgeschlagenen Projekts. Der Vergleich einzelner Simulationen mit einzelnen Beobachtungen reicht nicht aus, um die Gültigkeit astrophysikalischer Modelle zu beweisen. Daher wollen wir in einem ersten Schritt unsere dreidimensionalen hydrodynamischen Explosionssimulationen durch Aktualisierung der physikalischen Modelle verbessern. Mit diesem Werkzeug werden wir den Parameterraum der Anfangsbedingungen, wie die zentrale Dichte zu Beginn der thermonuklearen Explosion und die Geometrie der zündenden thermonuklearen Flamme im Sternkern, untersuchen. Auf diese Weise entsteht ein umfangreicher Satz von Modellen. In einem nukleosynthetischen Nachbearbeitungsschritt werden wir die Nukleosynthese der Explosion und die genaue chemische Zusammensetzung des freigesetzten Materials bestimmen. In einem zweiten Schritt werden wir Strahlungstransfersimulationen auf Grundlage unserer Simulationen mit zwei verschiedenen Codes durchführen, die es uns erstmalig ermöglichen, Beobachtungsdaten für das thermonukleare Explosionsmodell vorherzusagen. Diese werden mit astronomischen Daten verglichen. Die Kombination beider Schritte erlaubt es, die Gültigkeit des thermonuklearen Elektroneneinfang-Supernova-Szenarios zu prüfen. Die Existenz solcher Ereignisse hätte enorme Auswirkungen auf die Entstehungskanäle von Systemen mit Neutronensternen und auf die galaktische chemische Entwicklung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen