Een afvallige ster die explodeert in een ver melkwegstelsel, heeft astronomen gedwongen tientallen jaren van onderzoek opzij te zetten en zich te concentreren op een nieuw soort supernova dat zijn moederster volledig kan vernietigen - zonder een overblijfsel achter te laten. Het kenmerkende evenement, iets wat astronomen nog nooit eerder hadden gezien, kan de manier vertegenwoordigen waarop de meest massieve sterren in het heelal, inclusief de eerste sterren, dood gaan.

De Gaia-satelliet van de European Space Agency (ESA) merkte voor het eerst de supernova op, bekend als SN 2016iet, op 14 november, 2016. Drie jaar intensieve vervolgwaarnemingen met verschillende telescopen, inclusief de Gemini North-telescoop en zijn Multi-Object Spectrograph op Maunakea in Hawai'i, leverde cruciale perspectieven op de afstand en compositie van het object.

"De Gemini-gegevens gaven een diepere kijk op de supernova dan al onze andere waarnemingen, " zei Edo Berger van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics en een lid van het onderzoeksteam. "Hierdoor konden we SN 2016iet meer dan 800 dagen na zijn ontdekking bestuderen, toen het was gedimd tot een honderdste van zijn maximale helderheid."

Chris Davis, programmadirecteur bij de National Science Foundation (NSF), een van de sponsorbureaus van Gemini, toegevoegd, "Deze opmerkelijke Gemini-waarnemingen tonen het belang aan van het bestuderen van het steeds veranderende heelal. Door de lucht te zoeken naar plotselinge explosieve gebeurtenissen, ze snel observeren en, net zo belangrijk, in staat zijn om ze dagenlang te volgen, weken, maanden, en soms zijn zelfs jaren van cruciaal belang om het hele plaatje te krijgen. In slechts een paar jaar tijd, NSF's Large Synoptic Survey Telescope zal duizenden van deze gebeurtenissen blootleggen, en Gemini is goed gepositioneerd om het cruciale vervolgwerk te doen."

In dit geval, deze diepe blik onthulde slechts een zwakke waterstofemissie op de locatie van de supernova, bewijs dat de stamvader van SN 2016iet in een geïsoleerd gebied leefde met zeer weinig stervorming. Dit is een ongebruikelijke omgeving voor zo'n massieve ster. "Ondanks tientallen jaren zoeken naar duizenden supernova's, ’ hervatte Berger, "deze ziet er anders uit dan alles wat we ooit eerder hebben gezien. We zien soms supernova's die in één opzicht ongewoon zijn, maar verder zijn normaal; deze is uniek in alle mogelijke opzichten."

SN 2016iet heeft een veelvoud aan eigenaardigheden, inclusief de ongelooflijk lange duur, grote energie, ongebruikelijke chemische vingerafdrukken, en een omgeving die arm is aan zwaardere elementen - waarvoor in de astronomische literatuur geen duidelijke analogieën bestaan.

"Toen we ons voor het eerst realiseerden hoe zeer ongebruikelijk SN 2016iet is, mijn reactie was 'Whoa, is er iets vreselijk misgegaan met onze gegevens?'", zei Sebastian Gomez, ook van het Centrum voor Astrofysica en hoofdauteur van het onderzoek. Het onderzoek is gepubliceerd in het nummer van 15 augustus van: Het astrofysische tijdschrift .

Het ongewone karakter van SN 2016iet, zoals onthuld door Gemini en andere gegevens, suggereren dat het zijn leven begon als een ster met ongeveer 200 keer de massa van onze zon - waardoor het een van de meest massieve en krachtige enkelvoudige sterexplosies is die ooit zijn waargenomen. Steeds meer bewijs suggereert dat de eerste sterren die in het heelal zijn geboren, net zo massief kunnen zijn geweest. Astronomen voorspelden dat als zulke kolossen hun massa behouden gedurende hun korte leven (een paar miljoen jaar), ze zullen sterven als supernova's met instabiele paren, die zijn naam dankt aan materie-antimaterie-paren die tijdens de explosie zijn gevormd.

De meeste massieve sterren eindigen hun leven in een explosieve gebeurtenis die materie die rijk is aan zware metalen de ruimte in spuwt, terwijl hun kern instort tot een neutronenster of zwart gat. Maar paar-instabiliteit supernova's zijn een ander ras. De instortende kern produceert overvloedige gammastraling, wat leidt tot een op hol geslagen productie van paren van deeltjes en antideeltjes die uiteindelijk een catastrofale thermonucleaire explosie veroorzaken die de hele ster vernietigt, inclusief de kern.

Modellen van paar-instabiliteit supernova's voorspellen dat ze zullen voorkomen in omgevingen die arm zijn aan metalen (astronomische term voor elementen die zwaarder zijn dan waterstof en helium), zoals dwergsterrenstelsels en het vroege heelal - en het onderzoek van het team heeft precies dat gevonden. De gebeurtenis vond plaats op een afstand van een miljard lichtjaar in een voorheen niet-gecatalogiseerd dwergstelsel dat arm is aan metalen. "Dit is de eerste supernova waarin de massa en het metaalgehalte van de exploderende ster binnen het bereik liggen dat wordt voorspeld door theoretische modellen, ' zei Gomez.

Een ander verrassend kenmerk is de grimmige locatie van SN 2016iet. De meeste massieve sterren worden geboren in dichte clusters van sterren, maar SN 2016iet vormde in isolement zo'n 54, 000 lichtjaar verwijderd van het centrum van zijn dwerggaststelsel.

"Hoe zo'n massieve ster zich in volledige isolatie kan vormen, is nog steeds een mysterie, " zei Gomez. "In onze lokale kosmische buurt, we kennen maar een paar sterren die de massa benaderen van de ster die explodeerde in SN 2016iet, maar die leven allemaal in massieve clusters met duizenden andere sterren." Om de lange duur en langzame evolutie van de helderheid te verklaren, het team brengt het idee naar voren dat de voorloperster gedurende tien jaar materie in zijn omgeving heeft uitgestoten met een snelheid van ongeveer drie keer de massa van de zon per jaar voordat de ster zichzelf in de vergetelheid blies. Toen de ster uiteindelijk explodeerde, het puin van de supernova kwam in botsing met dit materiaal en zorgde voor de emissie van SN 2016iet.

"De meeste supernova's vervagen en worden binnen een paar maanden onzichtbaar voor de schittering van hun gastheerstelsels. Maar omdat SN 2016iet zo helder en zo geïsoleerd is, kunnen we de evolutie ervan de komende jaren bestuderen, " zei Gomez. "Het idee van supernova's met instabiele paren bestaat al tientallen jaren, " zei Berger. "Maar eindelijk het eerste waarneembare voorbeeld hebbend dat een stervende ster in het juiste regime van massa plaatst, met het juiste gedrag en in een metaalarm dwergstelsel is een ongelooflijke stap voorwaarts."

Niet lang geleden, het was niet bekend of zulke superzware sterren werkelijk zouden kunnen bestaan. De ontdekking en vervolgwaarnemingen van SN 2016iet hebben duidelijk bewijs geleverd voor hun bestaan ​​en potentieel om de ontwikkeling van het vroege heelal te beïnvloeden. "De rol van Tweelingen in deze verbazingwekkende ontdekking is significant, " zei Gomez, "omdat het ons helpt beter te begrijpen hoe het vroege heelal zich ontwikkelde na zijn 'donkere eeuwen' - toen er geen stervorming plaatsvond - om de pracht te vormen van het heelal dat we vandaag zien."