Raadsel van extreem heldere supernova lijkt opgelost

[univers]

Afbeelding van de supernova SN 2006gy in de melkweg NGC 1260 ongeveer 6 jaar nadat de explosie voor het eerst werd waargenomen. De supernova gloeit nog steeds helder in het buitenste gebied van zijn gastheerstelsel.
© NASA / HST, Fox et al. 2015

Sommige onbekende kenmerken in een van de helderste stellaire explosies ooit gezien, SN 2006gy, zijn nu verklaard door onderzoekers van het Max Planck Instituut voor Astrofysica. De spectrale lijnen komen voort uit neutraal ijzer - zeer ongebruikelijk voor zo'n hoog-energetische gebeurtenis - en impliceren dat meer dan een derde van een zonnemassa van dit zware element werd gecreëerd. De dominantie van ijzer in het spectrum sluit verschillende eerder voorgestelde scenario's voor SN 2006gy uit en opende in plaats daarvan de deur voor een nieuwe.

Superlichtgevende supernovae zijn de helderste explosies in de kosmos. Gedurende een paar maanden stralen ze evenveel energie uit als de zon gedurende zijn hele levensduur, en bereiken een piekhelderheid die groter is dan die van een hele melkweg. De oorsprong van deze energie, en wat voor soort stellar progenitor-systeem is geëxplodeerd, is nog onduidelijk.

Een van de meest bestudeerde dergelijke objecten is SN 2006gy, dat voor het eerst werd waargenomen in 2006. Het vertoonde tekenen van interactie tussen de supernova-explosie en circumstellair materiaal, dat eerder was uitgeworpen. Veel theorieën zijn naar voren gebracht voor SN 2006gy, inclusief botsing van schelpen die vervolgens worden uitgeworpen door een zeer massieve ster, grote hoeveelheden radioactiviteit of een massale stellaire explosie genaamd een kern-instort supernova, die ontstaat wanneer de compacte kern van een massieve ster instort naar een neutronenster die in wisselwerking staat met zijn eigen wind.

In 2009 presenteerde een Japans onderzoeksteam observaties, die een spectrum vertoonden, dwz de "regenboogkleuren" van de supernova een jaar na de explosie. Dit spectrum omvatte bijzondere emissielijnen die nog nooit eerder in een supernova waren gezien en die niet konden worden geïdentificeerd. De oorsprong van deze lijnen en wat hun betekenis zou kunnen zijn, bleef meer dan tien jaar een mysterie.

Onderzoekers van het Max Planck Instituut voor Astrofysica (MPA) hebben nu, in samenwerking met het Japanse team, deze lijnen kunnen identificeren als afkomstig van neutraal ijzer. "Deze lage-energietoestand van ijzer wordt meestal niet gezien in supernovae, waar de betrokken hoge energieën de neiging hebben een of meerdere elektronen van de atomen te strippen", legt Anders Jerkstrand, van MPA en hoofdauteur van de nieuwe studie, uit. Bovendien breidt de supernova normaal gesproken te snel uit om individuele ijzeren kenmerken duidelijk te kunnen zien. "Deze specifieke reeks lijnen is nog nooit eerder gezien in enige vorm van astrofysische nevel," voegt Jerkstrand toe. "SN 2006gy moet echt een aantal ongewone fysieke eigenschappen hebben."


Eerder niet-geïdentificeerde lijnen in het spectrum van de supernova SN 2006gy konden nu worden herleid tot de aanwezigheid van neutraal ijzer. De rode lijn toont het waargenomen spectrum, de zwarte curve het theoretische ijzerspectrum.

Dat het spectrum meestal uit ijzer bestaat, sluit verschillende eerder voorgestelde scenario's zonder ijzer uit. Verder hebben de wetenschappers vastgesteld dat de ijzermassa ten minste een derde van een zonnemassa bedraagt, wat verrassend wijst op een Type Ia-supernova. Dit type supernova ontstaat wanneer een witte dwergrest van een ster met lage massa materiaal aantrekt en explodeert.

De onderzoekers stellen voor dat het progenitor-systeem een ​​dubbele ster was, bestaande uit een witte dwerg in een nauwe baan met een massievere waterstofrijke begeleidende ster. Toen de waterstofrijke ster zijn omvang uitbreidde - zulke gigantische sterren kunnen zo groot worden als de aarde-zon-afstand of zelfs groter - de witte dwerg raakte gevangen in de atmosfeer van de grotere ster en spiraalsgewijs naar het centrum toe. In dit proces wordt de envelop uitgeworpen. Zodra de witte dwerg de kern van de andere ster bereikt, explodeert deze. De zich uitbreidende schokgolf van deze Ia-supernova botst dan met de eerder uitgeworpen envelop en in deze gigantische botsing wordt extreem intens licht uitgestraald. Door dit licht te modelleren, konden de onderzoekers aantonen dat het voorgestelde scenario de belangrijkste eigenschappen van SN 2006gy reproduceert - in het bijzonder inclusief kenmerken van neutraal ijzer.

"De resultaten zijn op verschillende manieren significant", zegt coauteur Keiichi Maeda van de Universiteit van Kyoto. "De oorsprong van SN 2006gy als een Type Ia supernova staat op zijn kop wat de meeste onderzoekers hebben aangenomen, namelijk dat deze explosie van een zeer massieve ster kwam." In een moderne tijd waarin het ongebruikelijk is dat absorptie- of emissielijnen nog niet bekend zijn, de nieuw geïdentificeerde ijzeren lijnen bieden een nieuwe diagnostische methode in de astrofysica. Jerkstrand voegt eraan toe: “Dat een witte dwerg in een nauwe binaire baan kan zijn met een waterstofrijke begeleidende ster, en snel explodeert wanneer hij naar het midden valt, geeft belangrijke nieuwe informatie over de complexe hydrodynamica van compacte ster-explosies en voor binaire stellaire evolutietheorie. ”

https://www.mpa-garching.mpg.de/797272/news20200124

[Annemiet]