Al bijna een eeuw bestuderen astronomen supernovae met grote belangstelling. Deze wonderbaarlijke gebeurtenissen vinden plaats wanneer een ster de laatste fase van zijn levensduur ingaat en instort, of door een begeleidende ster van zijn buitenste lagen wordt gestript tot het punt waarop de kern instort. In beide gevallen leidt deze gebeurtenis meestal tot een massale afgifte van materiaal dat een paar keer de massa van onze zon is.
Een internationaal team van wetenschappers was onlangs echter getuige van een supernova die verrassend zwak en kort was. Hun waarnemingen geven aan dat de supernova werd veroorzaakt door een ongeziene metgezel, waarschijnlijk een neutronenster die zijn metgezel van het materiaal heeft ontdaan, waardoor deze in elkaar stortte en supernova werd. Het is daarom voor het eerst dat wetenschappers getuige zijn van de geboorte van een compact neutronenster-binair systeem.
De studie, getiteld "Een hete en snelle ultra-gestripte supernova die waarschijnlijk een compacte binaire neutronenster vormde", verscheen onlangs in het tijdschrift Wetenschap. De studie werd geleid door Kishalay De, een afgestudeerde student van Caltech's Department of Astrophysics, en omvatte leden van het NASA Goddard Space Flight Center en Jet Propulsion Laboratory, The Weizmann Institute of Science, het Max Planck Institute for Astrophysics, het Lawrence Berkeley National Laboratory , en meerdere universiteiten en observatoria.
Het onderzoek van het team werd voornamelijk uitgevoerd in het laboratorium van Mansi Kasliwal, een assistent-professor astronomie aan Caltech en een co-auteur van het onderzoek. Ze is ook de hoofdonderzoeker van het door Caltech geleide Global Relay of Observatories Watching Transients Happen (GROWTH) -project, een internationale astronomische samenwerking die is gericht op het bestuderen van de fysica van voorbijgaande (kortstondige) gebeurtenissen - dwz supernova's, neutronensterren, zwart gat fusies en asteroïden in de buurt van de aarde.
Omwille van hun studie observeerde het team de supernova-gebeurtenis die bekend staat als iPTF 14gqr, die verscheen in de buitenwijken van een spiraalstelsel op ongeveer 920 miljoen lichtjaar van de aarde. Tijdens hun waarnemingen merkten ze op dat de supernova resulteerde in het vrijgeven van een relatief bescheiden hoeveelheid materie - ongeveer een vijfde van de massa van de zon. Dit was nogal een verrassing, zoals Kasliwali in een recent persbericht van Caltech aangaf:
"We zagen de kern van deze massieve ster instorten, maar we zagen opmerkelijk weinig massa uitgestoten. We noemen dit een ultra-gestripte envelop-supernova en er wordt al lang voorspeld dat ze bestaan. Dit is de eerste keer dat we op overtuigende wijze de ineenstorting van een massieve ster zien die zo verstoken is van materie. ”
Deze gebeurtenis was ongebruikelijk omdat, om sterren in te laten storten, hun kernen van tevoren door enorme hoeveelheden materiaal moeten zijn omhuld. Dit deed de vraag rijzen waar de ontbrekende massa van de sterren naartoe had kunnen gaan. Op basis van hun waarnemingen bepaalden ze dat een compacte metgezel (ofwel een witte dwerg of een neutronenster) het na verloop van tijd moet hebben overgeheveld.
Dit scenario is wat leidt tot Type I supernovae, die voorkomen in een binair systeem dat bestaat uit een neutronenster en een rode reus. In dit geval kon het team de metgezel van de neutronenster niet zien, maar redeneerde dat het zich in een baan met de andere ster had gevormd en zo het oorspronkelijke binaire systeem vormde. Dit betekent in feite dat het team, door iPTF 14gqr te observeren, getuige was van de geboorte van een binair systeem dat bestaat uit twee compacte neutronensterren.
Bovendien betekent het feit dat deze twee neutronensterren zo dicht bij elkaar staan, dat ze uiteindelijk zullen samensmelten in een evenement dat vergelijkbaar is met het evenement dat plaatsvond in 2017. Deze fusie, bekend als het "kilonova-evenement", was het eerste kosmische evenement dat plaatsvond. bekeken in zowel zwaartekracht- als elektromagnetische golven. Vervolgopmerkingen gaven ook aan dat de fusie waarschijnlijk heeft geleid tot de vorming van een zwart gat.
Dit creëert kansen voor toekomstige onderzoeken, die iPTF 14gqr zullen bekijken om te zien of een ander kilonova-evenement resulteert en een ander zwart gat creëert. Bovendien was het feit dat het team de gebeurtenis überhaupt kon observeren best gelukkig, aangezien deze verschijnselen zowel zeldzaam zijn (goed voor slechts 1% van de supernova-evenementen) als van korte duur. Zoals De uitlegde:
“Je hebt snelle transiënte onderzoeken en een goed gecoördineerd netwerk van astronomen wereldwijd nodig om de vroege fase van een supernova echt vast te leggen. Zonder gegevens in de kinderschoenen hadden we niet kunnen concluderen dat de explosie moet zijn ontstaan in de instortende kern van een massieve ster met een omhulsel van ongeveer 500 keer de straal van de zon. '
De gebeurtenis werd voor het eerst gedetecteerd door de Palomar Observatory als onderdeel van de tussenliggende Palomar Transient Factory (iPTF) - een wetenschappelijke samenwerking waar observatoria over de hele wereld de kosmos monitoren op kortstondige kosmische gebeurtenissen zoals supernovae. Dankzij de iPTF die nachtelijke onderzoeken uitvoerde, kon de Palomar-telescoop iPTF 14gqr detecteren kort nadat deze supernova was geworden.
De samenwerking zorgde er ook voor dat zodra de Palomar-telescoop het niet meer kon zien (vanwege de rotatie van de aarde), andere observatoria het konden blijven volgen en de evolutie ervan konden volgen. Wat de toekomst betreft, zal de Zwicky Transient Facility (de opvolger van de Palomar Observatory voor de iPTF) nog frequentere en bredere luchtonderzoeken uitvoeren, in de hoop meer van deze zeldzame gebeurtenissen te zien.
Deze onderzoeken, in combinatie met follow-up-inspanningen van netwerken zoals GROEI, zullen astronomen in staat stellen te bestuderen hoe compacte binaire systemen evolueren. Dit zal leiden tot een beter begrip van niet alleen de interactie tussen deze objecten, maar geeft ook meer inzicht in hoe gravitatiegolven en bepaalde soorten zwarte gaten worden gevormd.
