Veel sterren exploderen als lichtgevende supernova's wanneer, gezwollen met de leeftijd, ze hebben geen brandstof meer voor kernfusie. Maar sommige sterren kunnen supernova worden, simpelweg omdat ze een nauwe en vervelende begeleidende ster hebben die, op een dag, verstoort zijn partner zo erg dat hij explodeert.

Deze laatste gebeurtenissen kunnen plaatsvinden in dubbelstersystemen, waar twee sterren proberen de heerschappij te delen. Terwijl de exploderende ster veel bewijs afgeeft over zijn identiteit, astronomen moeten speurwerk verrichten om meer te weten te komen over de dwalende metgezel die de explosie veroorzaakte.

Op 10 januari tijdens de bijeenkomst van de American Astronomical Society 2019 in Seattle, een internationaal team van astronomen heeft aangekondigd dat ze het type begeleidende ster hebben geïdentificeerd die zijn partner maakte in een binair systeem, een koolstof-zuurstof witte dwergster, ontploffen. Door herhaalde observaties van SN 2015cp, een supernova op 545 miljoen lichtjaar afstand, het team ontdekte waterstofrijk puin dat de begeleidende ster vóór de explosie had afgeworpen.

"De aanwezigheid van puin betekent dat de metgezel een rode reuzenster was of een soortgelijke ster die, voordat zijn metgezel supernova wordt, grote hoeveelheden materiaal hadden afgeworpen, " zei de astronoom van de Universiteit van Washington, Melissa Graham, die de ontdekking presenteerde en hoofdauteur is van het begeleidende artikel dat is geaccepteerd voor publicatie in The Astrofysisch tijdschrift .

Het supernova-materiaal botste tegen dit stellaire nest met 10 procent de snelheid van het licht, waardoor het gloeide met ultraviolet licht dat bijna twee jaar na de eerste explosie werd gedetecteerd door de Hubble-ruimtetelescoop en andere observatoria. Door te zoeken naar bewijs van inslagen van puin maanden of jaren na een supernova in een dubbelstersysteem, het team gelooft dat astronomen konden bepalen of de metgezel een rommelige rode reus was of een relatief nette en opgeruimde ster.

Het team deed deze ontdekking als onderdeel van een bredere studie van een bepaald type supernova dat bekend staat als een Type Ia-supernova. Deze treden op wanneer een koolstof-zuurstof witte dwergster plotseling explodeert als gevolg van de activiteit van een dubbelster. Koolstof-zuurstof witte dwergen zijn klein, dicht en - voor sterren - redelijk stabiel. Ze ontstaan ​​uit de ingestorte kernen van grotere sterren en, indien ongestoord, miljarden jaren kan blijven bestaan.

Type Ia-supernova's zijn gebruikt voor kosmologische studies omdat hun consistente helderheid ze ideale "kosmische vuurtorens, " volgens Graham. Ze zijn gebruikt om de uitdijingssnelheid van het universum te schatten en dienden als indirect bewijs voor het bestaan ​​van donkere energie.

Maar wetenschappers weten niet zeker welke soorten begeleidende sterren een Type Ia-gebeurtenis kunnen veroorzaken. Tal van bewijzen wijzen erop dat, voor de meeste Type Ia supernova's, de metgezel was waarschijnlijk een andere koolstof-zuurstof witte dwerg, die in de nasleep geen waterstofrijk puin zou achterlaten. Toch hebben theoretische modellen aangetoond dat sterren zoals rode reuzen ook een Type Ia-supernova kunnen veroorzaken, die waterstofrijk puin zou kunnen achterlaten dat door de explosie zou worden geraakt. Van de duizenden Type Ia-supernova's die tot nu toe zijn bestudeerd, slechts een kleine fractie werd later waargenomen in botsing met waterstofrijk materiaal dat door een begeleidende ster werd afgeworpen. Voorafgaande waarnemingen van ten minste twee Type Ia-supernova's hebben maanden na de explosie gloeiend puin ontdekt. Maar wetenschappers wisten niet zeker of die gebeurtenissen geïsoleerde gebeurtenissen waren, of tekenen dat Type Ia-supernova's veel verschillende soorten begeleidende sterren kunnen hebben.

"Alle wetenschap die tot nu toe is gedaan met behulp van Type Ia-supernova's, inclusief onderzoek naar donkere energie en de uitdijing van het heelal, berust op de veronderstelling dat we redelijk goed weten wat deze 'kosmische vuurtorens' zijn en hoe ze werken, " zei Graham. "Het is erg belangrijk om te begrijpen hoe deze gebeurtenissen worden geactiveerd, en of alleen een subset van Type Ia-gebeurtenissen moet worden gebruikt voor bepaalde kosmologische studies."

Het team gebruikte waarnemingen van de Hubble-ruimtetelescoop om te zoeken naar ultraviolette emissies van 70 Type Ia-supernova's, ongeveer één tot drie jaar na de eerste explosie.

"Door jaren na de eerste gebeurtenis te kijken, we zochten naar tekenen van geschokt materiaal dat waterstof bevatte, wat erop zou duiden dat de metgezel iets anders was dan een andere koolstof-zuurstof witte dwerg, " zei Bram.

In het geval van SN 2015cp, een supernova die voor het eerst werd gedetecteerd in 2015, de wetenschappers vonden wat ze zochten. in 2017, 686 dagen nadat de supernova explodeerde, Hubble pikte een ultraviolette gloed van puin op. Dit puin was ver verwijderd van de supernovabron - minstens 100 miljard kilometer, of 62 miljard mijl, weg. Als referentie, De baan van Pluto duurt maximaal 7,4 miljard kilometer van onze zon.

Door SN 2015cp te vergelijken met de andere Type Ia-supernova's in hun onderzoek, de onderzoekers schatten dat niet meer dan 6 procent van de Type Ia-supernova's zo'n nestwants heeft. Herhaald, gedetailleerde observaties van andere Type Ia-gebeurtenissen zouden deze schattingen helpen bevestigen, zei Graham.

De Hubble-ruimtetelescoop was essentieel voor het detecteren van de ultraviolette signatuur van het puin van de begeleidende ster voor SN 2015cp. In het najaar van 2017, de onderzoekers zorgden voor aanvullende waarnemingen van SN 2015cp door de W.M. Keck-observatorium in Hawaï, de Karl G. Jansky Very Large Array in New Mexico, de Very Large Telescope van de European Southern Observatory en de Neil Gehrels Swift Observatory van NASA, onder andere. Deze gegevens bleken cruciaal bij het bevestigen van de aanwezigheid van waterstof en worden gepresenteerd in een begeleidend document geleid door Chelsea Harris, een onderzoeksmedewerker aan de Michigan State University.

"De ontdekking en follow-up van de emissie van SN 2015cp laat echt zien hoe veel astronomen nodig zijn, en een grote verscheidenheid aan soorten telescopen, samenwerken om voorbijgaande kosmische verschijnselen te begrijpen, " zei Graham. "Het is ook een perfect voorbeeld van de rol van serendipiteit in astronomische studies:als Hubble slechts een maand of twee later naar SN 2015cp had gekeken, dan hadden we niets gezien."

Graham is ook senior fellow bij het DIRAC Institute van de UW en wetenschappelijk analist bij de Large Synoptic Survey Telescope, of LSST.

"In de toekomst, als onderdeel van zijn regelmatig geplande waarnemingen, de LSST detecteert automatisch optische emissies vergelijkbaar met SN 2015cp - afkomstig van waterstof dat wordt beïnvloed door materiaal van Type Ia-supernova's, "zei Graham. "Het gaat mijn werk zoveel gemakkelijker maken!"