Astronomen hebben een direct verband gevonden tussen de explosieve dood van zware sterren en de vorming van de meest compacte en raadselachtige objecten in het heelal – zwarte gaten en neutronensterren. Met behulp van de Very Large Telescope (VLT) en de New Technology Telescope (NTT) van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) hebben twee teams de nasleep van een supernova-explosie in een nabijgelegen sterrenstelsel kunnen waarnemen, en bewijs gevonden voor het mysterieuze compacte object dat daarbij achterbleef.
Een ster in een dubbelstersysteem ontploft als supernova. Credit: ESO/L. Calçada
Wanneer zware sterren het einde van hun leven bereiken, storten ze onder hun eigen zwaartekracht zo snel in dat er een enorme explosie volgt die bekendstaat als een supernova. Astronomen denken dat na de hectiek van de explosie de kern – het meest compacte restant van de ster – overblijft. Afhankelijk van hoeveel massa de ster had, zal dit ultra-dichte overblijfsel een neutronenster zijn – een object dat zo’n hoge dichtheid heeft dat een theelepel van zijn materiaal hier op aarde ongeveer een biljoen kilogram zou wegen – of een zwart gat – een object waaruit niets, zelfs geen licht, kan ontsnappen.
Astronomen hebben in het verleden al veel aanwijzingen gevonden die op deze keten van gebeurtenissen duiden, zoals de ontdekking van een neutronenster in de Krabnevel, een wolk van gas die is achtergebleven na de explosie van een ster, bijna duizend jaar geleden. Maar ze hadden dit proces nooit eerder in het echt zien gebeuren, wat betekent dat direct bewijs dat een supernova een compact overblijfsel achterlaat, moeilijk te vinden is. ‘In ons onderzoek hebben we zo’n direct verband gevonden,’ zegt Ping Chen, onderzoeker aan het Weizmann Institute of Science in Israël en hoofdauteur van een studie die vandaag in Nature is gepubliceerd en tijdens de 243e bijeenkomst van de American Astronomical Society in New Orleans (VS) is gepresenteerd.
Een ster in een dubbelstersysteem ontploft als supernova. Credit: ESO/L. Calçada
De onderzoekers hadden de mazzel dat de Zuid-Afrikaanse amateur-astronoom Berto Monard in mei 2022 supernova SN 2022jli ontdekte in de spiraalarm van het sterrenstelsel NGC 157, dat slechts 75 miljoen lichtjaar van ons verwijderd is. Twee afzonderlijke onderzoeksteams richtten hun aandacht op de nasleep van deze explosie en ontdekten dat deze uniek gedrag vertoonde.
Na de explosie zien astronomen de helderheid van een supernova doorgaans gestaag afnemen, wat tot uiting komt in een geleidelijk dalende ‘lichtkromme’. Maar het gedrag van SN 2022jli is heel bijzonder: zijn helderheid gaat ongeveer om de twaalf dagen op en neer. ‘In de gegevens van SN 2022jli zien we een zich herhalende cyclus van oplichten en uitdoven’, zegt Thomas Moore, promovendus aan Queen’s University Belfast in Noord-Ierland, die leiding gaf aan een onderzoek van de supernova dat eind vorig jaar in Astrophysical Journal is gepubliceerd. ‘Het is voor het eerst dat gedurende vele cycli regelmatige helderheidsschommelingen in de lichtkromme van een supernova zijn gedetecteerd’, aldus Moore in zijn artikel.
Een compact object en zijn stellaire begeleider. Credit: ESO/L. Calçada
De teams van Moore en Chen denken dat dit gedrag verklaarbaar is als er bij het SN 2022jli-systeem meer dan één ster betrokken is. Het is namelijk niet ongebruikelijk dat een zware ster een andere ster als begeleider heeft en daarmee een ‘dubbelster’ vormt. De ster die SN 2022jli veroorzaakte was daarop geen uitzondering. Opmerkelijk aan dit systeem is echter dat de begeleidende ster de gewelddadige dood van zijn partner lijkt te hebben overleefd, en dat de twee objecten – het compacte restant en de begeleider – waarschijnlijk om elkaar heen zijn blijven draaien.
Met de gegevens, onder meer verkregen door waarnemingen met ESO’s NTT in de Atacama-woestijn in Chili, kon het team van Moore niet exact vaststellen hoe de interactie tussen de beide objecten de pieken en dalen in de lichtkromme kon veroorzaken. Maar het team van Chen had aanvullende waarnemingen: het zag dezelfde regelmatige fluctuaties in het licht van het systeem als het team van Moore, maar daarnaast ook periodieke bewegingen van waterstofgas en uitbarstingen van gammastraling. Hun waarnemingen werden mogelijk gemaakt door een scala aan instrumenten op de grond en in de ruimte, waaronder X-shooter van ESO’s VLT, die eveneens in Chili staat opgesteld.
De twee teams zijn het er in grote lijnen over eens dat toen de begeleidende ster in aanraking kwam met het materiaal dat tijdens de supernova-explosie werd uitgestoten, zijn waterstofrijke atmosfeer verder opzwol dan normaal. Vervolgens slokte het compacte object elke keer dat het door de atmosfeer van de begeleider trok wat van diens waterstofgas op, waardoor het een schijf van hete materie om zich heen verzamelde. Bij dit periodiek optredende accretieproces kwam veel energie vrij, die tijdens de waarnemingen tot uiting kwam in regelmatige helderheidsveranderingen.
Hoewel de teams geen licht hebben kunnen waarnemen dat afkomstig was van het compacte object zelf, komen ze tot de conclusie dat alleen een onzichtbare neutronenster, of misschien een zwart gat, verantwoordelijk kan zijn geweest voor het opzuigen van gas uit de opgezwollen atmosfeer van de begeleidende ster. ‘Ons onderzoek is als het oplossen van een misdaad door alle mogelijke bewijzen te verzamelen,’ zegt Chen. ‘Alle puzzelstukjes tezamen leiden naar de waarheid.’
Nu de aanwezigheid van een zwart gat of neutronenster is bevestigd, is er nog veel te ontdekken aan dit raadselachtige systeem, zoals de precieze aard van het compacte object of het lot dat de dubbelster mogelijk te wachten staat. Telescopen van de volgende generatie, zoals ESO’s Extremely Large Telescope, die later dit decennium in gebruik wordt genomen, zullen hierbij kunnen helpen door ongekende details van dit unieke object vast te leggen.
De resultaten van dit onderzoek zijn in twee artikelen gepubliceerd. Het team onder leiding van P. Chen publiceerde een artikel met de titel ‘A 12.4 day periodicity in a close binary system after a supernova’ in Nature (doi: 10.1038/s41586-023-06787-x). Het team onder leiding van T. Moore publiceerde een artikel met de titel ‘SN 2022jli: A Type 1c Supernova with Periodic Modulation of Its Light Curve and an Unusually Long Rise‘ in The Astrophysical Journal Letters (doi: 10.3847/2041-8213/acfc25).
Bron: ESO.
Speak Your Mind