Wetenschap
Het meest complete portret van een supernova ooit
Verslagen van supernova's (exploderende sterren) gaan duizenden jaren terug, en hoewel we vandaag de dag weten dat deze gebeurtenissen de bouwstenen van het leven zelf creëren, zijn er nog steeds onbeantwoorde vragen over de omstandigheden die ervoor zorgen dat een ster explodeert.
Onderzoekers van het Weizmann Institute of Science hebben nu grote vooruitgang geboekt bij het beter begrijpen van deze fascinerende verschijnselen. Met behulp van meerdere telescopen, waaronder het W. M. Keck Observatorium op Maunakea, Hawaï, konden ze gegevens verzamelen van een eenmalige supernova genaamd SN 2023ixf. Hun bevindingen worden gepubliceerd in de huidige editie van het tijdschrift Nature .
Tot voor kort werden supernova's als zeldzaam beschouwd, waarbij bekende gebeurtenissen in de Melkweg op zijn best eens per eeuw plaatsvonden, waarbij de nachtelijke hemel werd verlicht met de intensiteit van 100 miljoen zonnen; de laatste waarneembare explosie in onze Melkweg vond honderden jaren geleden plaats.
Vooruitgang in de telescooptechnologie heeft sindsdien geholpen bij het identificeren van supernova's in verre sterrenstelsels, waardoor meer gegevens zijn opgeleverd dan voorheen mogelijk was. Toch blijft hetzelfde probleem bestaan; Omdat explosies niet kunnen worden voorspeld, lijken astrofysici op ruimtearcheologen. Meestal arriveren ze pas na de gebeurtenis ter plaatse en proberen ze informatie uit de overblijfselen samen te voegen.
"Dat is wat deze specifieke supernova anders maakt", zegt Ph.D. student Erez Zimmerman van de groep van prof. Avishay Gal-Yam bij Weizmann. "We waren voor de allereerste keer in staat een supernova van dichtbij te volgen terwijl het licht ervan tevoorschijn kwam uit het omringende materiaal waarin de exploderende ster was ingebed."
De ontdekking kwam neer op het bereiken van de plaats van het misdrijf terwijl het misdrijf nog plaatsvond.
De wetenschappers geven toe dat ze geluk hadden. Het team van Gal-Yam heeft onderzoekstijd aangevraagd voor de Hubble-ruimtetelescoop van NASA, in de hoop ultraviolette (UV) spectrale gegevens te verzamelen over elke supernova die in wisselwerking staat met zijn omgeving. In plaats daarvan kregen ze de kans om in realtime getuige te zijn van een van de dichtstbijzijnde supernova's in decennia:een rode superreus die explodeerde in een naburig sterrenstelsel genaamd Messier 101, ook bekend als het Pinwheel-stelsel.
Het team ontdekte SN 2023ixf op een vrijdag, aan het begin van het weekend in Israël en vlak voor het weekend in het Space Telescope Science Institute in Baltimore, het operatiecentrum van de Hubble-telescoop. Wat de zaken nog ingewikkelder maakte, was dat het twee dagen vóór Zimmermans huwelijk plaatsvond. Het team zette door en trok vrijdag de hele nacht door, waardoor NASA op het nippertje de nodige metingen kon leveren.
"Het komt als wetenschapper zelden voor dat je zo snel moet handelen", zegt Gal-Yam. "De meeste wetenschappelijke projecten vinden niet midden in de nacht plaats, maar de kans deed zich voor en we hadden geen andere keuze dan dienovereenkomstig te reageren."
Ze slaagden er niet alleen in om Hubble de juiste coördinaten en hoek aan te laten nemen voor het vastleggen van de benodigde gegevens, maar vanwege de relatieve nabijheid van de explosie bleek dat Hubble al vele malen eerder opnames had gemaakt in deze sector van het universum. Wat de NASA-archieven betreft, konden het team van Gal-Yam en vele andere groepen gegevens verzamelen van vóór de uiteindelijke ondergang van de ster (toen deze nog slechts een rode superreus was in de laatste levensfase) en zo het meest complete portret van een supernova creëren. ooit:een samenstelling van zijn laatste dagen en dood.
Waarnemingen van SN 2023ixf bestonden uit UV- en röntgengegevens van NASA's Hubble- en Swift-satellieten, evenals van veel van de beste telescopen ter wereld.
Dit omvatte spectra die zijn vastgelegd met behulp van drie instrumenten van Keck Observatory – de Keck Cosmic Web Imager (KCWI), Deep Imaging and Multi-Object Spectrograph (DEIMOS) en Low Resolution Imaging Spectrometer (LRIS) – waarbij elk instrument een uniek beeld van de supernova bood. en hoe het in de loop van de tijd veranderde.
Dankzij de compilatie van hoogwaardige gegevens uit de ruimte en op de grond konden de onderzoekers de twee buitenste lagen van de exploderende ster in kaart brengen en tot een buitengewone hypothese komen.
“Berekeningen van het circumstellaire materiaal dat bij de explosie werd uitgestoten, evenals de dichtheid en massa van dit materiaal voor en na de supernova, creëren een discrepantie, waardoor het zeer waarschijnlijk is dat de ontbrekende massa in een zwart gat terecht is gekomen dat in de nasleep is gevormd.” van de explosie – iets dat meestal heel moeilijk te bepalen is”, zegt Ph.D. student Ido Irani van het team van Gal-Yam.
‘Sterren gedragen zich heel grillig in hun hogere jaren’, zegt Gal-Yam. "Ze worden onstabiel en we weten meestal niet zeker welke complexe processen daarin plaatsvinden, omdat we het forensische proces altijd achteraf starten, wanneer veel van de gegevens al verloren zijn gegaan."
"Deze studie biedt een unieke kans om de mechanismen die leiden tot het einde van het leven van een ster en de uiteindelijke vorming van iets geheel nieuws beter te begrijpen", aldus Zimmerman.
Wetenschappers zullen er misschien nooit achter komen wat er zal gebeuren met de materie waaruit de voormalige rode superreus van Messier 101 bestond. De latere stadia van de supernova zijn echter nog steeds aan de gang en er komen nog steeds nieuwe gegevens binnen, wat betekent dat dit onderzoek, samen met vervolgstudies van SN 2023ixf, meer inzicht zou kunnen geven in deze explosieve gebeurtenissen.