Robbanások fehér törpét tartalmazó kettősökben

Fehér törpecsillag körüli akkréciós korongban különböző okokból időnként erős kitörésekkel járó folyamatokat figyelhetünk meg, sőt, néha robbanás is lejátszódhat. A gyengébb kitörések okozta felfényesedések legtöbbször ott jelentkeznek, ahol az $L_1$ pontból érkező anyag becsapódik az akkréciós korongba. Az itt kialakuló forró folt hőmérséklete ingadozhat az átáramló anyagmennyiség fluktuációjakor. Többé-kevésbé szabályos időközönként felfényesedéseket tapasztalhatunk. Az ilyen objektumokat törpenóváknak nevezzük.

Az akkréciós korongból a fehér törpére hulló hidrogén a fehér törpecsillag felszínén a magas hőmérséklet hatására héliummá fuzionálhat (lásd 1.6.10. fejezet). Ha az akkréciós ráta hirtelen megnő, a fúzió megszaladhat és hirtelen nagyobb mennyiségű energia szabadul fel. Ez a jelenség a nóva robbanás. Hatására kb. 0.001 - 0.01 $M_{\odot }$ anyag dobódhat ki, és az akkréciós korong belső területei részben, vagy teljesen megsemmisülhetnek. A nóva robbanás után az akkréciós korong lassan újra felépül (ennek időskálája több évtizedtől akár évezredekig is terjedhet), ezután újabb nóvarobbanás is létrejöhet. Ilyen néhány évtizedenként ismétlődő kitörést mutató visszatérő (rekurrens) nóva tíznél kevesebb ismert.

A leghevesebb robbanás akkor játszódhat le, amikor a fehér törpére olyan sok anyag kerül, hogy tömege eléri a Chandrasekhar-féle határtömeget (lásd 1.4.2. fejezet). Ekkor a fehér törpe olyan sűrűvé és forróvá válik, hogy belsejében megindul a szén és az oxigén fúziója nehezebb elemekké. Mivel az elfajult állapotú anyagban a fúzió rendkívül heves robbanáshoz vezet (mint pl. a héliummag-felvillanás a 2.3.1. fejezetben), a fehér törpe teljes egészében szétrobban. Ez a folyamat az Ia típusú szupernóva-robbanás, melyet szokás termonukleáris szupernóvának is nevezni.

Az Ia-szupernóvák jellegzetessége, hogy színképükben nincs hidrogén, mivel a szülő objektum, egy szén-oxigén fehér törpe, nem tartalmaz hidrogént. A kezdeti szén és oxigén nagy része nehezebb elemekké fuzionál a robbanás során. Jelentős mennyiségben keletkeznek a oxigénnél nehezebb, átmeneti elemek (pl. Ca, Mg, Si, S, Ti), valamint a vas-csoport elemei (Fe, Ni, Co). Az Ia-szupernóvák fontos paramétere a keletkezett radioaktív $^{56}$Ni mennyisége. Ez a mérések szerint kb. 0,6 $M_{\odot }$, lényegesen több, mint a kollapszár szupernóváknál (2.4.2. fejezet).

A robbanást követő napokban a fehér törpe szétdobódott anyaga egy közel állandó hőmérsékletű, egyenletesen táguló tűzgömböt alkot, mivel az adiabatikus tágulásból származó hőmérséklet-csökkenést ellensúlyozza a nagy mennyiségű $^{56}$Ni radioaktív bomlásából származó fűtés. Így kezdetben a szupernóva luminozitása az idő függvényében

$$L = 4 \pi R^2 \sigma T^4 =  4 \pi (v_{\rm exp} \cdot t)^2 \sigma T^4 \sim  konst \cdot t^2,$$ (2.49)

tehát a fényesség az idő négyzetével arányosan nő.

A felfényesedés addig tart, míg a luminozitás egyenlő nem lesz a radioaktív bomlásból származó energiabevitellel (amely időben exponenciálisan csökken, lásd 2.27. képlet):

$$L_{\rm max} =  {{dN_{Ni}} \over {dt}} \epsilon_{\rm Ni} =  \lambda N_{\rm Ni}(0) e^{-\lambda t_{\rm max}} \epsilon_{\rm Ni}$$ (2.50)

ahol $\epsilon_{\rm Ni}$ egy Ni-Co bomlás során felszabaduló energia (kb. 2,1 MeV), $\lambda$ az $^{56}$Ni bomlási állandója, $N_{\rm Ni}(0)$ a kezdeti radioaktív Ni-magok száma, $t_{\rm max}$ pedig a robbanás óta a fényességmaximumig eltelt idő. A 2.50 és 2.49 képletek összevetéséből megbecsülhető, hogy $t_{\rm max} \sim 20$ nap, ami jól egyezik a megfigyelésekkel. Az Ia-szupernóvák tehát a robbanást követően kb. 3 hét múlva érik el fényességmaximumukat, ezután a fényességük a Ni $\rightarrow$ Co $\rightarrow$ Fe radioaktív bomlási sornak megfelelő ütemben csökken

Az Ia-szupernóvák legfőbb jelentőségét az adja, hogy a tapasztalat szerint maximális abszolút fényességük korrelál a fénygörbéjük halványodási ütemével: a fényesebb szupernóvák lassabban halványodnak, míg a maximumban kicsit kisebb abszolút fényességű szupernóvák halványodási üteme gyorsabb. Ennek segítségével, megfelelő kalibrációk után igen pontos távolságmérésre alkalmasak, a cefeida változócsillagokhoz hasonlóan. Mivel az Ia-szupernóvák az Univerzum legfényesebb objektumai közé tartoznak, igen távoli extragalaxisokban is észlelhetők. Precíz távolságmérésük vezetett elsőként az Univerzum gyorsuló tágulásának felfedezésére, amelyet 2011-ben fizikai Nobel-díjjal jutalmaztak.