Een internationaal team van wetenschappers, waaronder astronomen van de universiteiten van Leicester, Bad en Warwick, hebben bewijs gevonden voor het bestaan ​​van een 'hete cocon' van materiaal die een relativistische jet omhult die aan een stervende ster ontsnapt. Dit onderzoek is vandaag online gepubliceerd en in print in Natuur morgen.

Een relativistische jet is een zeer krachtig fenomeen waarbij plasmastralen uit zwarte gaten schieten met dicht bij de lichtsnelheid, en kan zich over miljoenen lichtjaren uitstrekken.

Waarnemingen van supernova SN2017iuk, genomen kort na het begin, lieten zien dat deze snel uitbreidde, met een derde van de lichtsnelheid. Dit is de snelste supernova-uitbreiding die tot nu toe is gemeten. Door de uitstroom gedurende vele weken te monitoren bleek een duidelijk verschil tussen de aanvankelijke chemische samenstelling en die op latere tijdstippen.

Bij elkaar genomen, dit zijn indicatoren voor de aanwezigheid van de veel getheoretiseerde hete cocon, een leemte opvullen in onze kennis over hoe een straal materiaal die aan een ster ontsnapt, interageert met de stellaire envelop eromheen en een potentiële link vormt tussen twee voorheen verschillende klassen van supernova's.

De supernova signaleert de definitieve ondergang van een massieve ster, waarin de stellaire kern instort en de buitenste lagen met geweld worden weggeblazen. SN2017iuk behoort tot een klasse van extreme supernova's, soms hypernovae of GRB-SNe genoemd, die gepaard gaan met een nog meer dramatische gebeurtenis die bekend staat als een gammastraaluitbarsting (GRB).

Bij sterrendood, een zeer relativistische, een smalle bundel materiaal kan worden uitgestoten vanaf de polen van de ster, die eerst helder gloeit in gammastraling en vervolgens over het hele elektromagnetische spectrum en bekend staat als een GRB.

Tot nu, astronomen hebben de vroegste momenten in de ontwikkeling van een dergelijke supernova (een GRB-SN) niet kunnen bestuderen, maar SN2017iuk was toevallig dichtbij - op ongeveer 500 miljoen lichtjaar van de aarde - en het GRB-licht was onderlicht, waardoor de SN zelf in een vroeg stadium detecteerbaar is.

Dr. Rhaana Starling, Universitair hoofddocent aan de afdeling Natuur- en Sterrenkunde van de Universiteit van Leicester zei:"Dit zag er meteen uit als een evenement dat de moeite waard was om na te jagen, zoals het gebeurde in een groots ontworpen spiraalstelsel op zeer korte afstand, kosmologisch gesproken.

"Toen de eerste reeksen gegevens binnenkwamen, was er een ongewone component in het licht dat er erg blauw uitzag, aanzetten tot een monitoringcampagne om te zien of we de oorsprong ervan konden bepalen door de evolutie te volgen en gedetailleerde spectra te nemen.

"De gammaflits zelf zag er vrij zwak uit, zodat we andere processen konden zien die gaande waren rond de nieuw gevormde jet die normaal gesproken worden overstemd. Het idee van een cocon van thermisch gas gecreëerd door de relativistische straal terwijl deze uit de ster boort, was voorgesteld en geïmpliceerd in andere gevallen, maar hier was het bewijs dat we nodig hadden om het bestaan ​​van een dergelijke structuur vast te stellen."

Een gecoördineerde aanpak met behulp van een reeks ruimte- en grondobservatoria was nodig om de supernova gedurende 30 dagen en op vele golflengten te volgen. De gebeurtenis werd voor het eerst gedetecteerd met behulp van de Neil Gehrels Swift Observatory. Swift is een NASA-ruimtemissie waarin de Universiteit van Leicester een van de drie partners is, en host zijn Britse datacenter.

Gegevens verkregen met de Gravitational-wave Optical Transient Observatory (GOTO) hielpen het supernovalicht te volgen, terwijl spectroscopie werd verkregen via speciale observatieprogramma's, waaronder initiatieven van de STARGATE-samenwerking onder leiding van professor Nial Tanvir aan de Universiteit van Leicester, die gebruik maakt van 8-m telescopen bij de European Southern Observatory.

Professor Tanvir, Docent natuurkunde en sterrenkunde aan de Universiteit van Leicester zei:"De relativistische jet stoot door de ster alsof het een kogel is die vanuit de binnenkant van een appel wordt afgevuurd. Wat we voor het eerst hebben gezien, is alles van toepassing puin dat explodeert na de kogel."

Snelheden tot 115, 000 kilometer per seconde werden gemeten voor de uitdijende supernova gedurende ongeveer een uur na het begin. Er werd een andere chemische samenstelling gevonden voor de vroeg uitdijende supernova in vergelijking met de meer ijzerrijke latere ejecta. Het team concludeerde dat slechts enkele uren na het begin het ejecta uit het interieur komt, uit een hete cocon gecreëerd door de jet.

Bestaande modellen voor de productie van supernova's bleken onvoldoende om rekening te houden met de grote hoeveelheid gemeten materiaal met hoge snelheid. Het team ontwikkelde nieuwe modellen waarin de coconcomponent was verwerkt en vond dat deze uitstekend bij elkaar pasten.

SN2017iuk biedt ook een lang gezochte link tussen de supernova die GRB's vergezellen, en degenen die dat niet doen:in eenzame supernova's, hoge snelheid uitstromen zijn ook gezien, met snelheden tot 50, 000 kilometer per seconde, die kan ontstaan ​​in hetzelfde coconscenario, maar de ontsnapping van de relativistische GRB-jet wordt op de een of andere manier gedwarsboomd.

Kern-instorting supernova's zonder GRB's worden meestal veel later na hun begin gevonden, waardoor wetenschappers heel weinig kans hebben om handtekeningen van een hete cocon te detecteren, terwijl coconkenmerken in GRB-geassocieerde supernova's meestal worden verborgen door de heldere, relativistische straaljager.

Het zeldzame geval van SN2017iuk heeft een venster geopend op de vroegste stadia van dit type supernova-fenomeen, waardoor de ongrijpbare coconstructuur kan worden waargenomen.