De eenmalige explosie. Foto Weizmann Instituut
De mensheid heeft zich lange tijd naar de hemel gewend op zoek naar antwoorden. Verslagen van supernovae – exploderende sterren – gaan duizenden jaren terug, maar hoewel we vandaag de dag weten dat deze gebeurtenissen de bouwstenen van het leven zelf creëren, blijven de omstandigheden die ervoor zorgen dat een ster explodeert nog steeds een groot mysterie.
Onderzoekers van het Weizmann Institute of Science hebben nu grote vooruitgang geboekt in de richting van een beter begrip van deze fascinerende verschijnselen, die ons en alles wat we weten hebben geschapen. Door een combinatie van geluk en vastberadenheid konden ze gegevens verzamelen van een eenmalige supernova. Hun bevindingen worden vandaag gepubliceerd in Nature .
Supernova's werden tot voor kort beschouwd als een uiterst zeldzaam fenomeen; ze kwamen op zijn best een keer per eeuw voor in onze Melkweg, terwijl de laatste waarneembare explosie honderden jaren geleden plaatsvond. Vooruitgang in de telescooptechnologie kan niet helpen het verbazingwekkende effect te reproduceren dat ze moeten hebben gehad op onze voorouders, die getuige konden zijn van supernova's die de nachtelijke hemel verlichtten met de intensiteit van honderd miljoen zonnen.
Deze vooruitgang maakt dit echter goed, zowel door te helpen bij het identificeren van supernova's in verre sterrenstelsels, als door het leveren van veel meer gegevens dan voorheen mogelijk was. Toch blijft hetzelfde probleem bestaan: omdat we het optreden van een explosie niet kunnen voorspellen, moeten astrofysici meestal de rol spelen van ruimtearcheologen, die ter plaatse komen nadat de gebeurtenis al heeft plaatsgevonden en proberen informatie uit de overblijfselen samen te voegen.
“Dat is wat deze specifieke supernova anders maakt”, zegt promovendus Erez Zimmerman van de groep van prof. Avishay Gal-Yam in de afdeling Deeltjesfysica en Astrofysica van Weizmann . “We waren – voor de allereerste keer – in staat een supernova van dichtbij te volgen terwijl zijn licht tevoorschijn kwam uit het omringende materiaal waarin de exploderende ster was ingebed.” In eenvoudiger bewoordingen kwam dit neer op het bereiken van de plaats van het misdrijf terwijl de moord nog plaatsvond.
Erez Zimmerman (m) . Foto Weizmann Instituut
De wetenschappers zijn de eersten die toegeven dat ze enorm veel geluk hebben gehad. Het team van Gal-Yam heeft onderzoeks tijd aangevraagd voor de Hubble-ruimtetelescoop van NASA, in de hoop spectrale UV-gegevens te verzamelen over elke supernova die in wisselwerking staat met zijn omgeving. In plaats daarvan kregen ze de kans om in realtime getuige te zijn van een van de dichtstbijzijnde supernova's in decennia: een rode superreus die explodeerde in een naburig sterrenstelsel genaamd Messier 101.
Hoewel het geluk de mogelijkheid en de middelen bood, moesten de onderzoekers natuurlijk nog steeds de gegevens verzamelen, wat veel hard werk vergde. De supernova werd ontdekt op een vrijdag, aan het begin van het weekend in Israël en vlak voor het weekend in het Space Telescope Science Institute in Baltimore, het operatiecentrum van de Hubble-telescoop. Wat de zaken nog ingewikkelder maakte, was dat het twee dagen vóór Zimmermans huwelijk plaatsvond .
Het team zette door en trok diezelfde vrijdag de hele nacht door, waardoor de noodzakelijke metingen op het nippertje aan NASA werden geleverd. “Het komt zelden voor dat je als wetenschapper zo snel moet handelen”, zegt Gal-Yam. “De meeste wetenschappelijke projecten vinden niet midden in de nacht plaats, maar de kans deed zich voor en we hadden geen andere keuze dan dienovereenkomstig te reageren.”
De kans was dubbel aantrekkelijk vanwege de coördinaten. Niet alleen slaagde het team erin de trage Hubble de juiste hoek aan te laten nemen voor het vastleggen van de benodigde gegevens, maar vanwege de relatieve nabijheid van de explosie bleek dat Hubble al vele malen eerder opnames had gemaakt in deze sector van het universum. Wat de NASA-archieven betreft, konden leden van het team van Gal-Yam en vele andere groepen gegevens verzamelen van vóór de uiteindelijke ondergang van de ster – toen deze nog slechts een rode superreus was in zijn laatste levensfase – en creëerden zo het meest complete portret van een supernova ooit: een samenstelling van zijn laatste dagen en dood.
Gelukkig werd hun vastberadenheid beloond. Door de UV- en röntgengegevens te analyseren die werden ontvangen van NASA's Hubble- en Swift-satellieten, evenals van veel van de beste telescopen ter wereld, konden de onderzoekers de twee buitenste lagen van de exploderende ster in kaart brengen en met een buitengewone hypothese komen. . “Berekeningen van het circumstellaire materiaal dat bij de explosie werd uitgestoten, evenals de dichtheid en massa van dit materiaal voor en na de supernova, onthullen een discrepantie, waardoor het zeer waarschijnlijk is dat de ontbrekende massa in een zwart gat terecht is gekomen dat in de nasleep is gevormd. van de explosie – iets dat meestal heel moeilijk te bepalen is”, zegt promovendus Ido Irani van het team van Gal-Yam.
‘Sterren gedragen zich heel grillig in hun hogere jaren’, zegt Gal-Yam. “Ze worden instabiel en we weten meestal niet zeker welke complexe processen daarin plaatsvinden, omdat we het forensische proces altijd achteraf starten, als veel van de gegevens al verloren zijn gegaan.” Vanwege de nabijheid van de ster en de hoge kwaliteit van de verzamelde gegevens, “biedt dit onderzoek een unieke kans om de mechanismen die leiden tot het einde van het leven van een ster en de uiteindelijke vorming van iets geheel nieuws beter te begrijpen”, zegt Zimmerman.
Wat zal er gebeuren met de materie waaruit de voormalige rode superreus van Messier 101 bestond? We zullen er waarschijnlijk nooit achter komen, maar de latere stadia van de supernova zijn nog steeds aan de gang en er komen nog steeds nieuwe gegevens binnen. Het is dus mogelijk dat deze studie en andere die zullen volgen ons uiteindelijk zullen helpen een beter begrip te krijgen van hoe we hier terecht zijn gekomen.
Prof. Avishay Gal-Yam is de zittende hoogleraar van de Arlyn Imberman-leerstoel. Hij is hoofd van het Centrum voor Experimentele Fysica en het André Deloro Instituut voor Geavanceerd Onderzoek in de Ruimte en Optica, beide bij Weizmann. Zijn onderzoek wordt ondersteund door de Norman E Alexander Family M Foundation ULTRASAT Data Center Fund.
