"We zijn gemaakt van sterrenmateriaal, " de beroemde astronoom Carl Sagan zei. Kernreacties die plaatsvonden in oude sterren genereerden veel van het materiaal waaruit ons lichaam bestaat, onze planeet en ons zonnestelsel. Wanneer sterren exploderen in gewelddadige sterfgevallen die supernova's worden genoemd, die nieuw gevormde elementen ontsnappen en verspreiden zich in het universum.

Eén supernova in het bijzonder is een uitdaging voor de modellen van astronomen van hoe exploderende sterren hun elementen verdelen. De supernova SN 2014C veranderde in de loop van een jaar drastisch van uiterlijk, blijkbaar omdat het laat in zijn leven veel materiaal had weggegooid. Dit past niet in een erkende categorie van hoe een stellaire explosie zou moeten gebeuren. Om het uit te leggen, wetenschappers moeten de gevestigde ideeën heroverwegen over hoe massieve sterren hun leven leiden voordat ze exploderen.

"Deze 'kameleon-supernova' kan een nieuw mechanisme vertegenwoordigen van hoe massieve sterren elementen die in hun kernen zijn gecreëerd afleveren aan de rest van het universum, " zei Raffaella Margutti, assistent-professor natuurkunde en sterrenkunde aan de Northwestern University in Evanston, Illinois. Margutti leidde een studie over supernova SN 2014C die deze week in de Astrofysisch tijdschrift .

Een supernova-mysterie

Astronomen classificeren exploderende sterren op basis van het al dan niet aanwezig zijn van waterstof in de gebeurtenis. Terwijl sterren hun leven beginnen met waterstof dat versmelt tot helium, grote sterren die de dood van een supernova naderen, hebben geen waterstof meer als brandstof. Supernova's waarin heel weinig waterstof aanwezig is, worden "Type I" genoemd. Degenen die wel een overvloed aan waterstof hebben, die zeldzamer zijn, worden "Type II" genoemd.

Maar SN 2014C, ontdekt in 2014 in een spiraalstelsel op ongeveer 36 miljoen tot 46 miljoen lichtjaar afstand, is anders. Door ernaar te kijken in optische golflengten met verschillende telescopen op de grond, astronomen concludeerden dat SN 2014C zichzelf had getransformeerd van een Type I naar een Type II supernova nadat de kern was ingestort, zoals gerapporteerd in een onderzoek uit 2015 onder leiding van Dan Milisavljevic aan het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, Massachusetts. Bij de eerste waarnemingen werd geen waterstof gedetecteerd, maar, na ongeveer een jaar, het was duidelijk dat schokgolven die zich voortplantten door de explosie een schil van door waterstof gedomineerd materiaal buiten de ster raakten.

In de nieuwe studie NASA's NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) satelliet, met zijn unieke vermogen om straling waar te nemen in het harde röntgenenergiebereik - de röntgenstralen met de hoogste energie - konden wetenschappers zien hoe de temperatuur van elektronen die door de supernovaschok werden versneld, in de loop van de tijd veranderde. Ze gebruikten deze meting om in te schatten hoe snel de supernova uitbreidde en hoeveel materiaal zich in de externe schil bevindt.

Om deze schaal te maken, SN 2014C deed iets heel mysterieus:het gooide veel materiaal weg - voornamelijk waterstof, maar ook zwaardere elementen - decennia tot eeuwen voordat ze explodeerden. In feite, de ster wierp het equivalent van de massa van de zon uit. Normaal gesproken, sterren werpen niet zo laat in hun leven materiaal af.

"Het verdrijven van dit materiaal laat in het leven is waarschijnlijk een manier waarop sterren elementen geven, die ze tijdens hun leven produceren, terug naar hun omgeving, " zei Margutti, een lid van Northwestern's Centre for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics.

De Chandra- en Swift-observatoria van NASA werden ook gebruikt om het beeld van de evolutie van de supernova verder te schetsen. De verzameling waarnemingen toonde aan dat, verrassend genoeg, de supernova helderde op in röntgenstralen na de eerste explosie, aantonen dat er een omhulsel van materiaal moet zijn, eerder uitgeworpen door de ster, dat de schokgolven waren toegeslagen.

Bestaande theorieën uitdagen

Waarom zou de ster zoveel waterstof afwerpen voordat hij explodeert? Eén theorie is dat er iets ontbreekt in ons begrip van de kernreacties die plaatsvinden in de kernen van massieve, supernova-gevoelige sterren. Een andere mogelijkheid is dat de ster niet alleen stierf - een begeleidende ster in een dubbelstersysteem kan het leven en de ongewone dood van de voorloper van SN 2014C hebben beïnvloed. Deze tweede theorie past bij de waarneming dat ongeveer zeven van de tien massieve sterren metgezellen hebben.

De studie suggereert dat astronomen aandacht moeten besteden aan het leven van massieve sterren in de eeuwen voordat ze exploderen. Astronomen zullen ook de nasleep van deze verbijsterende supernova blijven volgen.

"Het idee dat een ster zo'n enorme hoeveelheid materie in een korte tijdspanne zou kunnen verdrijven, is volledig nieuw, " zei Fiona Harrison, Hoofdonderzoeker van NuSTAR bij Caltech in Pasadena. "Het daagt onze fundamentele ideeën over hoe massieve sterren evolueren, en uiteindelijk exploderen, het verdelen van de chemische elementen die nodig zijn voor het leven."