Artist's concept van een dubbelstersysteem dat terugkerende novae produceert, en uiteindelijk de supernova PTF 11kx. (Credit: Romano Corradi en het Instituto de Astrofísica de Canarias)
Hoewel ze al decennia lang worden gebruikt als de "standaardkaarsen" van kosmische afstandsmeting, kunnen Type Ia-supernova's het gevolg zijn van verschillende soorten sterrenstelsels, volgens recente waarnemingen van het Palomar Transient Factory-team in het Berkeley Lab in Californië.
Afstanden over de intergalactische ruimte vanaf hier op aarde beoordelen is niet eenvoudig. Binnen de Melkweg - en zelfs in de buurt van sterrenstelsels - kan het licht dat wordt uitgezonden door regelmatig pulserende sterren (Cepheid-variabelen genoemd) worden gebruikt om te bepalen hoe ver een gebied in de ruimte verwijderd is. Buiten onze eigen lokale groep van sterrenstelsels kunnen individuele sterren echter niet worden opgelost, en om te achterhalen hoe ver verre sterrenstelsels zijn, hebben astronomen geleerd het licht van veel helderdere objecten te gebruiken: Type Ia supernovae, die kan flakkeren op met een schittering gelijk aan 5 miljard zonnen.
Type Ia supernovae zijn gemaakt uit een speciale combinatie van twee sterren die in een baan om elkaar draaien: een super dicht wit dwerg tekenmateriaal van een metgezel totdat een kritische massa - ongeveer 40% zwaarder dan de zon - is bereikt. De oververpakte witte dwerg ondergaat plotseling een snelle reeks thermonucleaire reacties en explodeert in een ongelooflijk heldere uitbarsting van materiaal en energie ... een baken dat overal in het heelal zichtbaar is.
Omdat is vastgesteld dat de energie en helderheid van Type Ia supernovae zo consistent gelijk zijn, kan afstand worden gemeten door hun schijnbare helderheid gezien vanaf de aarde. De zwakkere is wanneer waargenomen, hoe verder weg de melkweg is. Op basis van deze schijnbaar universele gelijkenis wordt gedacht dat deze supernova's onder zeer vergelijkbare situaties moeten worden gecreëerd ... vooral omdat ze tot nu toe niet direct zijn waargenomen.
Een internationaal team van astronomen dat aan het Palomar Transient Factory-samenwerkingsonderzoek werkt, heeft voor het eerst een Type Ia supernova-creërend sterrenpaar waargenomen - een zogenaamde voorlopersysteem - gelegen in het sterrenbeeld Lynx. Het systeem, PTF 11kx genoemd, bevat naar schatting zo'n 600 miljoen lichtjaar afstand een witte dwerg en een rode reuzenster, een koppeling die in eerdere (hoewel indirecte) waarnemingen niet is waargenomen.
"Het is een totale verrassing dat thermonucleaire supernova's, die allemaal zo op elkaar lijken, afkomstig zijn van verschillende soorten sterren", zegt Andy Howell, stafwetenschapper bij het Las Cumbres Observatory Global Telescope Network (LCOGT) en co-auteur van de paper, gepubliceerd in het nummer van Science van 24 augustus. 'Hoe kunnen deze evenementen er zo op lijken als ze van verschillende oorsprong zijn?'
De eerste waarnemingen van PTF 11kx werden mogelijk gemaakt door een robottelescoop gemonteerd op de 48-inch Samuel Oschin-telescoop in het Palomar-observatorium in Californië en door een snelle datapijplijn van de NSF, NASA en het Department of Energy. De supernova werd op 16 januari 2011 geïdentificeerd en ondersteund door daaropvolgende spectrografiegegevens van Lick Observatory, gevolgd door onmiddellijke "nood" -waarnemingen met de Keck-telescoop op Hawaï.
"We hebben in feite een collega-UC-waarnemer opgeroepen en hun waarnemingen onderbroken om tijdkritische spectra te krijgen", zegt Peter Nugent, een senior wetenschapper bij het Lawrence Berkeley National Laboratory en co-auteur van het artikel.
De waarnemingen van Keck toonden aan dat het PTF 11kx post-supernova-systeem langzaam bewegende wolken van gas en stof bevat die niet afkomstig konden zijn van de recente supernova-gebeurtenis. In plaats daarvan moeten de wolken - die veel calcium bevatten in de spectrografische Lick-gegevens - afkomstig zijn van een eerdere nova-gebeurtenis waarbij de witte dwerg kort ontstak en een buitenste laag van zijn atmosfeer afblies. Deze uitdijende wolk werd toen vertraagd, waarschijnlijk als gevolg van de stellaire wind van een metgezel rode reus.
(Wat is het verschil tussen een nova en een supernova? Lees NASA's STEREO Spots a New Nova)
Uiteindelijk werd de vertragende novawolk beïnvloed door de snel bewegende uitbarsting van de supernova, wat bleek uit een plotselinge uitbarsting van het calciumsignaal dat in de twee maanden sinds het evenement in januari geleidelijk was afgenomen. Deze calciumuitbarsting was in feite de supernova die de nova raakte en ervoor zorgde dat deze 'oplichtte'.
De waarnemingen van PTF 11kx laten zien dat Type Ia supernova kan komen voor in voorlopersystemen waar de witte dwerg nova-uitbarstingen heeft ondergaan, mogelijk herhaaldelijk - een scenario waarvan veel astronomen eerder dachten dat het niet kon gebeuren. Dit zou zelfs kunnen betekenen dat PTF 11kx een geheel nieuwe soort Type Ia-supernova is, en hoewel voorheen ongezien en zeldzaam, niet uniek.
Dat betekent dat onze kosmische "standaardkaarsen" mogelijk hun pitten moeten laten bijsnijden.
"We weten dat Type 1a-supernova's enigszins verschillen van melkweg tot melkweg, en we hebben daarvoor gekalibreerd, maar deze PTF 11kx-waarneming geeft de eerste verklaring waarom dit gebeurt", zei Nugent. "Deze ontdekking geeft ons de kans om de nauwkeurigheid van onze kosmische metingen te verfijnen en te verbeteren."
Bron: Berkeley Lab-nieuwscentrum
Inzetbeelden: PTF 11kx-observatie (BJ Fulton, Las Cumbres Observatory Global Telescope Network) / De 48-inch Samuel Oschin-telescoopkoepel bij Palomar Observatory. Video: Romano Corradi en het Instituto de Astrofísica de Canarias
