In uno studio unico, un team internazionale di ricercatori, tra cui membri del Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU), ha simulato le violente collisioni tra le supernovae e il gas circostante, che viene espulso prima dell'esplosione di una supernova, emanando così una luminosità estrema.

Nell'ultimo decennio sono state scoperte molte supernove con picchi di luminosità di uno o due ordini di grandezza superiori a quelli delle normali supernove di tipo noto. Queste esplosioni stellari sono chiamate Supernovae Superluminose (SLSNe).

Alcuni di loro hanno idrogeno nei loro spettri, mentre alcuni altri dimostrano una mancanza di idrogeno. Questi ultimi sono chiamati di tipo I, o povero di idrogeno, SLSNe-I. SLSNe-I sfida la teoria dell'evoluzione stellare, poiché anche le normali supernove non sono ancora completamente comprese dai primi principi.

Guidati dalla ricercatrice dello Sternberg Astronomical Institute Elena Sorokina, che era un investigatore ospite presso Kavli IPMU, e Kavli IPMU Principal Investigator Ken'ichi Nomoto, Associato scientifico Sergei Blinnikov, così come il ricercatore di progetto Alexey Tolstov, il team ha sviluppato un modello in grado di spiegare un'ampia gamma di curve di luce osservate di SLSNe-I in uno scenario che richiede molta meno energia rispetto ad altri modelli proposti.

I modelli che dimostrano gli eventi con il budget energetico minimo comportano espulsioni multiple di massa nelle stelle presupernova. La perdita di massa e l'accumulo di involucri attorno a stelle massicce sono caratteristiche generiche dell'evoluzione stellare. Normalmente, quelle buste sono piuttosto diluite, e non modificano significativamente la luce prodotta nella maggior parte delle supernove.

In alcuni casi, grandi quantità di massa vengono espulse solo pochi anni prima dell'esplosione finale. Quindi, le "nuvole" attorno alle supernove possono essere piuttosto dense. Le onde d'urto prodotte nelle collisioni di materiale eiettato di supernova e quei gusci densi possono fornire la potenza di luce necessaria per rendere la supernova molto più luminosa di una supernova "nuda" senza materiale circostante pre-espulso.

Questa classe di modelli è indicata come supernova "interagenti". Gli autori mostrano che lo scenario di interazione è in grado di spiegare SLSNe-I sia in rapida che lenta dissolvenza, quindi la vasta gamma di questi oggetti intriganti e luminosi può in realtà essere supernove quasi ordinarie collocate in un ambiente straordinario.

Un'altra straordinarietà è la composizione chimica prevista per le "nuvole" circumstellari. Normalmente, il vento stellare consiste principalmente di idrogeno, perché tutte le reazioni termonucleari avvengono al centro di una stella, mentre gli strati esterni sono idrogeno.

Nel caso di SLSNe-I, la situazione deve essere diversa. La stella progenitrice deve perdere il suo idrogeno e gran parte dell'elio ben prima dell'esplosione, in modo che da pochi mesi a qualche anno prima dell'esplosione, espelle principalmente carbonio e ossigeno, e poi esplodere all'interno di quella densa nube di CO. Solo questa composizione può spiegare le caratteristiche spettrali e fotometriche di SLSNe povero di idrogeno osservato nello scenario interagente.

È una sfida per la teoria dell'evoluzione stellare spiegare l'origine di tali progenitori poveri di idrogeno ed elio e la perdita di massa molto intensa di materiale CO appena prima dell'esplosione finale della stella. Questi risultati sono stati pubblicati in un documento accettato da The Giornale Astrofisico .