Derde hoofdsoort van supernovae is bevestigd met SN 2018zd

Over soorten supernovae heb ik vaker geblogd, mijn overzicht wordt zelfs op de Wikipedia bij de bronnen gehanteerd. Grosso moddo worden er in de vele varianten van supernovae twee ‘hoofdsoorten’ onderscheiden, de type Ia supernovae (witte dwergen die door massatoevoer door een begeleider zwaarder worden dan de limiet van Chandrasekhar en die dan een thermonucleaire explosie ondergaan) en de type II-P supernovae (zware sterren waarvan de ijzerkern na een kort leven instort en de buitenlagen worden wegeblazen). Maar er is nog een derde hoofdsoort, eentje waar al meer dan veertig jaar over gespeculeerd wordt, sinds Miyaji, S., Nomoto, K., Yokoi en K. Sugimoto (Universiteit van Tokio) in 1980: ‘elektronenvangst-supernovae’ (zwakke type II-P SN). Die zouden ontstaan door de explosie van zware super-asymptotic giant branch (SAGB) sterren, een zeldzame klasse van sterren, die inzitten tussen de sterren van de type Ia en II supernovae. De witte dwergen van de thermonucleaire type Ia supernovae zijn ontstaan door sterren die lichter zijn dan acht zonsmassa, de ‘ijzeren kern-kollaps’ supernovae komen van sterren zwaarder dan 10 zonsmassa. Jullie raden het al: de SAGB-sterren die de elektronenvangst-supernovae veroorzaken zijn tussen de 8 en 10 zonsmassa zwaar – zeg maar een soort van goudlokje supernovae (naar het welbekende Goudlokje sprookje). Ze zijn te licht om in hun kern te komen tot fusie van ijzer. Zij komen niet verder dan een kern bestaande uit zuurstof, neon en magnesium (zie afbeelding hieronder).

Gedurende het gehele actieve leven van sterren is er een strijd gaande tussen de zwaartekracht, die de ster wil doen krimpen, en de druk, die de ster wil doen uitzetten. Tijdens de fase van zuurstof, neon en magnesium in de kern wordt de druk gevormd door elektronen. Maar op een gegeven moment worden de elektronen ingevangen door de magnesium en neon atomen en als de druk vermindert stort de kern in elkaar en dan volgt er een relatief zwakke supernova-explosie door de fusie van zuurstof, eentje die een afwijkende chemische samenstelling zou moeten hebben, met weinig radioactieve verval en veel neutronenrijke elementen in de kern. Afijn, tot zover de theorie van Miyaji et al uit 1980. En nu veertig jaar later lijkt er daadwerkelijk een kandidaat ze zijn gevonden, die voldoet aan de kernmerken van een elektronvangst-supernova. Dat is SN 2018zd, een supernova die in 2018 werd ontdekt in NGC 2146, een sterrenstelsel op 31 miljoen lichtjaar afstand. De supernova is onderzocht door het Global Supernova Project onder leiding van Daichi Hiramatsu (UC Santa Barbara en Las Cumbres Observatory). Wat zij zagen aan SN 2018zd waren de bijzondere eigenschappen, die toegeschreven worden aan de zwakke type II-P elektronenvangst supernovae. Omdat het moederstelsel waarin de supernova plaatsvond relatief dichtbij staat was men in staat om van SN 2018zd met behulp van de Hubble ruimtetelescoop de ‘progenitor’ te vinden, de ster voordat ‘ie explodeerde. Dat bleek een SAGB ster te zijn, die lijkt op andere SAGB die recent in de Melkweg zijn geïdentificeerd. SN 2018zd leek niet veroorzaakt te zijn door de explosie van een rode superreus, die meestal verantwoordelijk is voor de ijzeren kern-kollaps supernovae. Eerder zijn ook al kandidaat- zwakke type II-P supernovae gevonden, maar SN 2018zd is de eerste met alle zes kenmerken van zo’n supernova: een SAGB-progenitor, sterk massaverlies voor de explosie ^[1]Dat eerder uitgestoten materiaal zorgt dan weer voor extra lichtsterkte van de supernova, die op zichzelf zwak is. Als de supernova explodeert botst de schokgolf op een gegeven moment op dat … Lees verder, een vreemde chemische samenstelling, een zwakke explosie, weinig radioactiviteit en tenslotte een neutronenrijke kern.

Men denkt dat de supernova, die op 4 juli 1054 voor het eerst te zien was en die de Krabnevel (M1 – zie foto hierboven) heeft veroorzaakt, ook een elektronenvangst supernova is geweest. De kenmerken van wat bekend is van die historische supernova lijken overeen te komen met de kenmerken van deze derde hoofdtype supernovae. Hier het vakartikel over de waarnemingen aan SN 2018zd, verschenen in Nature Astronomy. Bron: Phys.org.