science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Calciumrijke supernova voor het eerst onderzocht met röntgenstraling

Artist's interpretatie van de calciumrijke supernova 2019ehk. In oranje wordt het calciumrijke materiaal weergegeven dat bij de explosie is ontstaan. Paarse kleur staat voor gas dat door de ster is uitgestoten vlak voor de explosie, die vervolgens heldere röntgenstraling produceerde toen het materiaal in botsing kwam met de supernova-schokgolf. Krediet:Aaron M. Geller/Northwestern University

De helft van al het calcium in het universum - inclusief het calcium in onze tanden en botten - werd gecreëerd in de laatste adem van stervende sterren.

genaamd "calciumrijke supernova's, " deze stellaire explosies zijn zo zeldzaam dat astrofysici moeite hebben gehad om ze te vinden en vervolgens te bestuderen. De aard van deze supernova's en hun mechanisme voor het creëren van calcium, daarom, ongrijpbaar zijn gebleven.

Nu heeft een door de Northwestern University geleid team mogelijk de ware aard van deze zeldzame, mysterieuze gebeurtenissen. Voor de eerste keer ooit, de onderzoekers onderzochten een calciumrijke supernova met röntgenbeeldvorming, die tijdens de laatste maand van zijn leven een ongekende blik in de ster bood en een ultieme explosie gaf.

De nieuwe bevindingen onthulden dat een calciumrijke supernova een compacte ster is die tijdens de laatste fase van zijn leven een buitenste laag gas afwerpt. Als de ster explodeert, zijn materie botst met het losse materiaal in die buitenste schil, heldere röntgenstralen uitzenden. De algehele explosie veroorzaakt extreem hoge temperaturen en hoge druk, het aandrijven van een chemische reactie die calcium produceert.

"Deze gebeurtenissen zijn zo weinig in aantal dat we nooit hebben geweten wat calciumrijke supernova produceerde, " zei Wynn Jacobson-Galan, een eerstejaars Northwestern-afgestudeerde student die de studie leidde. "Door te observeren wat deze ster deed in de laatste maand voordat hij zijn kritieke punt bereikte, tumultueus einde, we tuurden naar een voorheen onontgonnen plek, het openen van nieuwe studierichtingen binnen de voorbijgaande wetenschap."

"Vóór dit evenement, we hadden indirecte informatie over wat calciumrijke supernova's wel of niet zouden kunnen zijn, " zei Raffaella Margutti van Northwestern, een senior auteur van de studie. "Nutsvoorzieningen, we kunnen met vertrouwen verschillende mogelijkheden uitsluiten."

Het onderzoek wordt op 5 augustus gepubliceerd in Het astrofysische tijdschrift . Bijna 70 co-auteurs uit meer dan 15 landen hebben bijgedragen aan de paper.

Margutti is een assistent-professor natuurkunde en astronomie aan het Weinberg College of Arts and Sciences in Northwestern en lid van CIERA (Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics). Jacobson-Galan is een NSF Graduate Research Fellow in Margutti's transiënten onderzoeksgroep.

Hubble Space Telescope-afbeelding van SN 2019ehk in zijn spiraalvormige gaststelsel, Messier 100. De afbeelding is een composiet gemaakt van pre- en post-explosiebeelden. Krediet:CTIO/SOAR/NOIRLab/NSF/AURA/Northwestern University/C. Kilpatrick/Universiteit van Californië Santa Cruz/NASA-ESA Hubble-ruimtetelescoop

'Er ontstond een wereldwijde samenwerking'

Amateurastronoom Joel Shepherd zag voor het eerst de heldere uitbarsting, genaamd SN2019ehk, tijdens het sterrenkijken in Seattle. Op 28 april, 2019, Shepherd gebruikte zijn nieuwe telescoop om Messier 100 (M100) te bekijken, een spiraalstelsel op 55 miljoen lichtjaar van de aarde. De volgende dag, er verscheen een fel oranje stip in het frame. Shepherd meldde de anomalie aan een astronomisch onderzoek van de gemeenschap.

"Zodra de wereld wist dat er een potentiële supernova in M ​​100 zat, er ontstond een wereldwijde samenwerking, "Zei Jacobson-Galan. "Ieder land met een prominente telescoop draaide zich om om naar dit object te kijken."

Dit omvatte toonaangevende observatoria in de Verenigde Staten, zoals NASA's Swift Satellite, WM Keck Observatory in Hawaï en het Lick Observatory in Californië. Het Noordwest-team, die op afstand toegang heeft tot Keck, was een van de vele teams wereldwijd die zijn telescopen activeerde om SN2019ehk in optische golflengten te onderzoeken. De afgestudeerde student Daichi Hiramatsu van de University of California Santa Barbara was de eerste die Swift ertoe bracht om SN2019ehk te bestuderen in de röntgen- en ultraviolette straling. Hiramatsu is ook een stafwetenschapper bij Las Cumbres Observatory, die een cruciale rol speelde bij het volgen van de langetermijnevolutie van deze supernova met zijn wereldwijde telescoopnetwerk.

De wereldwijde vervolgoperatie ging zo snel dat de supernova slechts 10 uur na de explosie werd waargenomen. De met Swift gedetecteerde röntgenstraling bleef slechts vijf dagen hangen en verdween toen volledig.

"In de wereld van transiënten, we moeten dingen heel erg ontdekken, heel snel voordat ze vervagen, "Zei Margutti. "Aanvankelijk, niemand was op zoek naar röntgenfoto's. Daichi merkte iets op en waarschuwde ons voor de vreemde verschijning van wat leek op röntgenfoto's. We keken naar de beelden en realiseerden ons dat er iets was. Het was veel helderder dan iemand ooit had gedacht. Er waren geen bestaande theorieën die voorspelden dat calciumrijke transiënten zo helder zouden zijn in röntgengolflengten."

'De rijkste der rijken'

Terwijl al het calcium van sterren komt, calciumrijke supernova's hebben de krachtigste stoot. Typische sterren creëren hun hele leven lang langzaam kleine hoeveelheden calcium door helium te verbranden. Calciumrijke supernova's, anderzijds, produceren enorme hoeveelheden calcium binnen enkele seconden.

"De explosie probeert af te koelen, " legde Margutti uit. "Het wil zijn energie weggeven, en calciumuitstoot is een efficiënte manier om dat te doen."

Keck gebruiken, het Northwestern-team ontdekte dat SN 2019ehk het meeste calcium heeft uitgestoten dat ooit is waargenomen in een enkelvoudige astrofysische gebeurtenis.

"Het was niet alleen calciumrijk, "Zei Margutti. "Het was de rijkste van de rijken."

Nieuwe aanwijzingen ontdekken

De korte helderheid van SN2019ehk vertelde een ander een verhaal over zijn aard. De Noordwest-onderzoekers geloven dat de ster in zijn laatste dagen een buitenste laag gas heeft afgestoten. Toen de ster explodeerde, het materiaal botste met deze buitenste laag om een ​​helder, energetische uitbarsting van röntgenstralen.

"De helderheid vertelt ons hoeveel materiaal de ster heeft afgeworpen en hoe dicht dat materiaal bij de ster was, "Zei Jacobson-Galan. "In dit geval, de ster verloor een zeer kleine hoeveelheid materiaal vlak voordat hij explodeerde. Dat materiaal was nog in de buurt."

Hoewel de Hubble-ruimtetelescoop de afgelopen 25 jaar M 100 heeft waargenomen, het krachtige apparaat heeft nooit de ster geregistreerd - die zijn laatste evolutie doormaakte - die verantwoordelijk is voor SN2019ehk. De onderzoekers gebruikten de Hubble-afbeeldingen om de supernova-site te onderzoeken voordat de explosie plaatsvond en zeggen dat dit nog een andere aanwijzing is voor de ware aard van de ster.

"Het was waarschijnlijk een witte dwerg of een zeer lichte, massieve ster, "Zei Jacobson-Galan. "Die zouden allebei erg zwak zijn."

"Zonder deze explosie, je zou niet weten dat er ooit iets was, ' voegde Margutti eraan toe. 'Zelfs Hubble kon het niet zien.'