Een supernova is een zeldzame en wonderbaarlijke gebeurtenis. Aangezien deze intense explosies alleen plaatsvinden wanneer een massieve ster het laatste stadium van zijn evolutionaire levensduur bereikt – wanneer hij al zijn brandstof heeft opgebruikt en de kern instort – of wanneer een witte dwerg in een dubbelstersysteem zijn metgezel opeet, kan hij getuige een is nogal een voorrecht.
Maar onlangs was een internationaal team van astronomen getuige van iets dat misschien nog zeldzamer is: een supernova-gebeurtenis die leek te gebeuren in slow-motion . Terwijl supernova's in zijn soort (SN Type Ibn) typisch worden gekenmerkt door een snelle stijging tot piekhelderheid en een snelle daling, duurde het voor deze specifieke supernova ongekend lang om de maximale helderheid te bereiken, en vervaagde toen langzaam.
Omwille van hun studie bestudeerde het onderzoeksteam - met leden uit het VK, Polen, Zweden, Noord-Ierland, Nederland en Duitsland - een Type Ibn-evenement dat bekend staat als OGLE-2014-SN-13. Men denkt dat dit soort explosies het resultaat is van massieve sterren (die hun buitenste omhulsel van waterstof hebben verloren) die een kerninstorting ondergaan, en waarvan het ejecta in wisselwerking staat met een wolk van heliumrijk circumstellair materiaal (CSM).
OGLE-2014-SN-131 (blauwe cirkel) in een VLT-acquisitie (links) en een NTT-afbeelding die geen zichtbare host toont op de SN-locatie (rechts). Krediet: Karamehmetoglu et al.
De studie werd geleid door Emir Karamehmetoglu van Het Oskar Klein Centrum aan de Universiteit van Stockholm. Zoals hij Universe Today via e-mail vertelde:
'Type Ibn-supernova's zijn vermoedelijk de explosies van zeer massieve sterren, omringd door een dicht gebied van extreem heliumrijk materiaal. We leiden het bestaan van dit helium af via de aanwezigheid van smalle heliumemissielijnen in hun optische spectra. We geloven ook dat er heel weinig of geen waterstof in de directe omgeving van de ster is, want als het er was, zou het veel sterker verschijnen dan het helium in de spectra. Je kunt je voorstellen dat dit soort configuraties zeer zeldzaam zijn, aangezien waterstof verreweg het meest voorkomende element in het universum is.”
Zoals reeds opgemerkt, worden Type Ibn-supernova's gekenmerkt door een plotselinge en dramatische toename van hun helderheid en vervolgens een snelle afname. Echter, bij het observeren van OGLE-2014-SN-131 – die ze op 11 november 2014 ontdekten met behulp van de Experiment met optische zwaartekrachtlens (OGLE) bij de Astronomisch Observatorium Universiteit van Warschau – ze waren getuige van iets heel anders.
'OGLE-2014-SN-131 was anders omdat het bijna 50 dagen duurde, vergeleken met de meer gebruikelijke ~ 1 week, voordat het helder werd', zei Karamehmetoglu. “Vervolgens ging het ook relatief langzaam achteruit. Het feit dat het meerdere keren langer duurde dan de typische stijging tot maximale helderheid, wat anders is dan alle andere Ibn die eerder zijn bestudeerd, maakt het een zeer uniek object.”
Het Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE), een project van de Astronomical Observatory van de Universiteit van Warschau. Krediet: astrouw.edu.pl
Dankzij gegevens verkregen door het OGLE-IV Transient Detection System, konden ze OGLE-2014-SN-131 op een afstand van ongeveer 372 ± 9 megaparsec (1183,95 tot 1242,66 miljoen lichtjaar) van de aarde plaatsen. Dit werd gevolgd door fotometrische waarnemingen met behulp van de OGLE-telescoop aan de Observatorium Las Campanas in Chili en de Gamma-ray burst optische/nabij-infrarood detector (GROND) aan de De Observatorium Stoel .
Het team heeft ook spectroscopische gegevens verkregen met behulp van de ESO's Nieuwe Technologie Telescoop (NTT) bij La Silla en de Zeer grote telescoop (VLT) aan de Paranal-sterrenwacht (beiden in Chili). Behalve dat de supernova een ongewoon lange stijgtijd had, gaven de gecombineerde gegevens ook aan dat de supernova een ongewoon brede lichtcurve had. Om dit alles uit te leggen, heeft het team een aantal mogelijkheden overwogen.
Om te beginnen overwogen ze standaard radioactieve vervalmodellen, waarvan bekend is dat ze de lichtkrommen van de meeste andere Type I en Type II supernova's aandrijven. Deze konden echter niet verklaren wat ze hadden waargenomen met OGLE-2014-SN-131. Als zodanig begonnen ze meer exotische scenario's te overwegen, waaronder energie die werd ingevoerd door een jonge, snel draaiende neutronenster (ook bekend als een magnetar) in de buurt.
Hoewel dit model het gedrag van OGLE-2014-SN-131 zou verklaren, was het beperkt omdat het nog niet bekend is welke omstandigheden nodig zijn om een magnetar op te roepen. Als zodanig overwogen Karamehmetoglu en zijn team ook de mogelijkheid dat de explosies mogelijk worden veroorzaakt door schokken die worden veroorzaakt door de interactie van uitgeworpen materiaal van de supernova met het heliumrijke CSM.
Supernova 2008D in sterrenstelsel NGC 2770 (Type Ib), weergegeven in röntgenstraling (links) en zichtbaar licht (rechts). Krediet: NASA/Swift Science Team/Stefan Immler
Dankzij de spectrale gegevens verkregen door de NTT en VLT wisten ze dat dergelijk materiaal rond de ster bestond, en het model was daarom in staat om het waargenomen gedrag te reproduceren. Zoals Karamehmetoglu uitlegde, is het om deze reden dat ze dit model verkiezen boven de andere:
“In dit scenario is de reden dat OGLE-2014-SN-131 anders is dan andere Type Ibn SNe, te wijten aan de ongewoon massieve aard van zijn voorouderster. Een zeer massieve ster, tussen de 40-60 keer de massa van onze zon, die zich in een melkwegstelsel met een lage metalliciteit bevindt, heeft waarschijnlijk aanleiding gegeven tot deze SN door een grote hoeveelheid heliumrijke materie uit te stoten en uiteindelijk als een SN te exploderen.”
Behalve dat het een unieke gebeurtenis is, heeft deze studie ook enkele ingrijpende implicaties voor de astronomie en de studie van supernova's. Dankzij de detectie van OGLE-2014-SN-131 hebben toekomstige modellen die proberen uit te leggen hoe Type Ibn-supernova's ontstaan nu een strikte beperking. Tegelijkertijd hebben astronomen nu een bestaand model om te overwegen of en wanneer ze getuige zijn van andere supernova's die bijzonder lange stijgtijden vertonen.
Vooruitkijkend is dit precies wat Karamehmetoglu en zijn collega's hopen te doen. 'In onze volgende poging zullen we andere, minder zeldzame soorten SN bestuderen die een lange stijgtijd hebben en daarom waarschijnlijk worden gecreëerd door zeer massieve sterren,' zei hij. 'We zullen profiteren van het vergelijkingskader dat we hebben ontwikkeld bij het bestuderen van OGLE-2014-SN-131.'
Eens te meer heeft het Universum ons geleerd dat twee van de belangrijkste aspecten van wetenschappelijk onderzoek aanpassingsvermogen en een toewijding aan voortdurende ontdekking zijn. Als dingen niet voldoen aan bestaande modellen, ontwikkel dan nieuwe en test ze uit!
Verder lezen: arXiv