Vreemd supernova-overblijfsel verbaast de geest van wetenschappers

[univers]

Vuurwerk van zeldzame stervende ster is anders dan alles wat astronomen ooit hebben gezien


Onderzoekers brachten het vuurwerk van Pa 30 in beeld met behulp van een optisch filter dat gevoelig is voor zwavel. Credits: Robert Fesen (Dartmouth College)

Wanneer stervende sterren exploderen als supernova's, stoten ze meestal een chaotisch web van stof en gas uit. Maar een nieuw beeld van de overblijfselen van een supernova ziet er totaal anders uit - alsof de centrale ster een kosmisch vuurwerk veroorzaakte. Het is het meest ongewone overblijfsel dat onderzoekers ooit hebben gevonden en het zou kunnen wijzen op een zeldzaam type supernova dat astronomen al lang niet meer kunnen verklaren.

"Ik heb 30 jaar aan supernova-restanten gewerkt en ik heb nog nooit zoiets gezien", zegt Robert Fesen, een astronoom aan het Dartmouth College in Hanover, New Hampshire, die eind vorig jaar het overblijfsel in beeld bracht. Hij rapporteerde zijn bevindingen tijdens een bijeenkomst van de American Astronomical Society op 12 januari en plaatste ze op dezelfde dag in een nog niet door vakgenoten beoordeeld artikel 1 .

Een 850 jaar oud vuurwerk
In 2013 ontdekte amateurastronoom Dana Patchick het object in gearchiveerde beelden van NASA's Wide-field Infrared Survey Explorer. In de loop van het volgende decennium bestudeerden verschillende teams het overblijfsel, bekend als Pa 30, maar de resultaten werden alleen maar meer en meer verbijsterend.


De afbeelding toont vijf eerder verborgen supernovaresten. De kleuren vertegenwoordigen warmte, waarbij paars de koelste gebieden aangeeft, gevolgd door blauw, groen en rood, waarbij wit de heetste delen benadrukt. Credits: R. Kothes (NRC) en het PEGASUS-team

Vasilii Gvaramadze, een astronoom aan de Lomonosov Moscow State University in Rusland, en zijn collega's vonden in 2019 een uiterst ongebruikelijke ster in het dode punt van Pa 30 2 . Die ster had een oppervlaktetemperatuur van ongeveer 200.000 kelvin, met een stellaire wind die zich naar buiten bewoog met 16.000 kilometer per seconde - ongeveer 5% van de lichtsnelheid. "Sterren hebben gewoon geen windsnelheden van 16.000 kilometer per seconde", zegt Fesen. Snelheden van 4.000 kilometer per seconde zijn niet ongehoord, zegt hij, maar 16.000 is wild.

Pa 30 was opnieuw het onderwerp van intriges in 2021, toen Andreas Ritter, een astronoom aan de Universiteit van Hong Kong, en zijn collega's voorstelden dat het overblijfsel de nasleep is van een supernova die bijna 850 jaar geleden, in 1181, de hemel verlichtte . . Chinese en Japanse astronomen observeerden het object ongeveer zes maanden voordat het vervaagde.

Tijdens hun onderzoek van Pa 30 merkten Ritter en zijn collega's op dat het emissiespectrum van het overblijfsel een bepaalde lijn bevatte die verband houdt met het element zwavel. Geïntrigeerd, bracht de groep van Fesen later het overblijfsel in beeld met een optisch filter dat gevoelig is voor die lijn met behulp van de 2,4-meter Hiltner-telescoop van het Michigan-Dartmouth-MIT Observatory in Kitt Peak, Arizona.


De Krabnevel is een meer standaard voorbeeld van een supernovarest, waarin een stervende ster een chaotisch web van gas en stof uitwerpt. Credits: NASA, ESA, J. Hester en A. Loll (Arizona State University)

De gegevens die ze verzamelden, hielpen niet alleen om te bevestigen dat Pa 30 inderdaad het overblijfsel is van de supernova die in 1181 werd waargenomen, maar leverden ook een beeld op van het overblijfsel als geen ander. Het bevat honderden fijne filamenten die naar buiten uitstralen. Normaal gesproken verwachten onderzoekers dat supernova-restanten eruit zien als de Krabnevel - die minder op een krab lijkt en meer op een zeeanemoon, met een glad gebied in het midden van een ovaalvormige massa van tentakelachtige filamenten. Ze zien er ook vaak uit als de Tycho Supernova, die eruitziet als een bol van verwarde knopen.

Maar Pa 30 zorgt relatief gezien voor "gewoon een geweldig beeld", zegt Saurabh Jha, een astronoom aan de Rutgers University in Piscataway, New Jersey. “Ik heb nog nooit zoiets gezien. Het is echt geestverruimend.”

De dood te vlug af zijn
Wat kan zo'n overblijfsel hebben veroorzaakt? In 2021 speculeerden Ritter en zijn collega's dat het een zeldzame supernova-explosie was die was geclassificeerd als type Iax 3 .

Een normale type-Ia supernova treedt op wanneer een witte dwerg materiaal van een begeleidende ster overhevelt en uiteindelijk zo massief wordt dat hij het extra gewicht niet langer kan dragen en zichzelf aan gruzelementen blaast en zijn ingewanden over de melkweg verspreidt. Maar in een supernova van het type Iax overleeft de ster op de een of andere manier. "We noemen dit vaak zombiesterren", zegt Jha.


Supernova 1987A verschijnt als een lichtpuntje nabij het midden van deze opname van de Tarantula-nevel, gemaakt met de ESO Schmidt-telescoop. Krediet: ESO

Hoewel theoretici veel mogelijke mechanismen hebben ontwikkeld om type-Iax supernovae te verklaren, denken Ritter en zijn collega's dat twee witte dwergen tegen elkaar sloegen om Pa 30's vuurwerk te produceren. Dat blijkt uit de hoeveelheid zwavel in het overblijfsel, een bijproduct van een witte dwergexplosie, en het ontbreken van lichtere elementen die je zou zien van massievere sterren.

Anthony Piro, een astronoom bij Carnegie Observatories in Pasadena, Californië, denkt dat deze bevindingen ten minste één pad uitkristalliseren waardoor een type Iax zich kan vormen. Maar het is anders dan het eerder favoriete scenario, waarin een witte dwerg materiaal van een metgezel overhevelt. Dat idee ontstond in 2014, toen astronomen met succes de sterren identificeerden die betrokken waren bij een Iax-explosie door gearchiveerde beelden te bekijken van voordat de gebeurtenis plaatsvond 4 .

Dus de Pa 30-bevinding "verbreedt naar mijn mening zeker wat had kunnen leiden tot een type Iax-supernova", zegt Jha.

Deze zeldzame explosies vinden meestal plaats in verre sterrenstelsels, waardoor ze moeilijk te bestuderen zijn. Maar Pa 30 (als het echt type Iax is) is slechts 2,3 kiloparsec verwijderd - wat betekent dat toekomstige waarnemingen meer licht zullen werpen op dit ongewone type supernova.

Fesen heeft al een aanvraag ingediend voor waarnemingstijd op zowel de Hubble-ruimtetelescoop als de nieuwere James Webb-ruimtetelescoop (JWST). "Het optische beeld dat is gemaakt, geeft volgens mij slechts een hint van hoe het er echt uitziet", zegt Fesen. "Maar het JWST-beeld zal gewoon geweldig zijn."

https://www.scientificamerican.com/arti ... sts-minds/