Was astronomische Phänomene angeht, gehören Supernovae zu den faszinierendsten und spektakulärsten. Dieser Prozess tritt auf, wenn bestimmte Arten von Sternen das Ende ihrer Lebensdauer erreichen, wo sie explodieren und ihre äußeren Schichten abwerfen. Dank Generationen von Studien konnten Astronomen die meisten beobachteten Supernovae in eine von zwei Kategorien (Typ I und Typ II) einteilen und bestimmen, welche Arten von Sternen die jeweiligen Vorläufer sind.
Bis heute konnten Astronomen jedoch nicht bestimmen, welcher Sterntyp schließlich zu einer Typ-Ic-Supernova führt – einer besonderen Klasse, bei der ein Stern einen Kernkollaps erleidet, nachdem ihm Wasserstoff und Helium entzogen wurden. Aber dank der Bemühungen von zwei Teams von Astronomen, die über Archivdaten der Hubble-Weltraumteleskop ,Wissenschaftler haben nun den lange gesuchten Stern gefunden, der diese Art von Supernova verursacht.
Grundsätzlich wird angenommen, dass Typ-I-Supernovae aus Doppelsystemen resultieren, die aus einem Weißen Zwerg und einem Begleitstern bestehen, die eng beieinander kreisen. Im Laufe der Zeit wird der Weiße Zwerg beginnen, Material vom Gefährten abzusaugen, bis eine kritische Masse erreicht ist. Der überladene Weiße Zwerg erlebt dann einen Kernkollaps und explodiert in einem unglaublich hellen Ausbruch von Material und Energie.
Im Fall von Supernovae vom Typ Ic, die etwa 20 % der massereichen Sterne ausmachen, die durch den Kernkollaps explodieren, hat der Stern seine äußere Wasserstoffschicht und den größten Teil seines Heliums verloren. Es wird angenommen, dass diese Sterne zu den massereichsten bekannten gehören – mit mindestens 30 Sonnenmassen – und auch nach dem Ablösen ihrer äußeren Schichten hell bleiben. Es war daher ein Rätsel, warum Astronomen keines entdecken konnten, bevor es zur Supernova wurde.
Glücklicherweise wurde 2017 eine Supernova vom Typ Ic in einem Haufen junger Sterne in der etwa 65 Millionen Lichtjahre entfernten Spiralgalaxie NGC 3938 beobachtet. Die erste Entdeckung wurde von Astronomen am gemacht Tenagra-Observatorien in Arizona, aber die beiden Astronomenteams wandten sich anHubbleum den genauen Standort der Quelle zu bestimmen.
Das erste Team unter der Leitung von Schuyler D. Van Dyk – einem leitenden Forscher bei Caltech Infrarot-Verarbeitungs- und Analysezentrum (IPAC) – fotografierte die junge Supernova im Juni 2017 mitHubblesWeitfeldkamera 3 (WFC 3). Sie verwendeten dann dieses Bild, um den Kandidaten-Vorläufer im Archiv zu lokalisierenHubbleFotos, die im Dezember 2007 von NGC 3938 aufgenommen wurden.
Das zweite Team unter der Leitung von Charles Kilpatrick von der University of California Santa Cruz beobachtete die Supernova im Juni 2017 in Infrarotbildern mit einem der 10-m-Teleskope am W. M. Keck-Observatorium in Hawaii. Das Team analysierte dann dasselbe ArchivHubbleFotos als Van Dyks Team, um die mögliche Quelle aufzudecken.
NASA Hubble-Weltraumteleskop-Aufnahme der nahegelegenen Spiralgalaxie NGC 3938, die die Position der Supernova 2017ein in einem Spiralarm in der Nähe des hellen Kerns zeigt. Credits: NASA, ESA, S. Van Dyk (Caltech) und W. Li (University of California)
Beide Teams veröffentlichten Studien, die darauf hindeuteten, dass der Vorläufer wahrscheinlich ein blauer Überriese war, der sich in einem der Spiralarme von NGC 3938 befindet. Wie Van Dyk in einem kürzlich erschienenen NASA Pressemitteilung ,„Einen echten Vorfahren einer Supernova Ic zu finden, ist ein großer Gewinn bei der Suche nach Vorfahren. Wir haben jetzt erstmals ein eindeutig erkanntes Kandidatenobjekt.“
Dass die Supernova (als SN 2017ein bezeichnet) überhaupt entdeckt wurde, war auch ein Glücksfall, wie Kilpatrick erklärt :
„Wir hatten das Glück, dass die Supernova in der Nähe war und sehr hell war, etwa 5 bis 10 Mal heller als andere Supernovae vom Typ Ic, was das Auffinden des Vorläufers erleichtert haben könnte. Astronomen haben viele Supernovae vom Typ Ic beobachtet, aber sie sind zu weit entfernt, als dass Hubble sie auflösen könnte. Sie brauchen einen dieser massereichen, hellen Sterne in einer nahegelegenen Galaxie, um zu explodieren. Es sieht so aus, als ob die meisten Supernovae vom Typ Ic weniger massiv und daher weniger hell sind, und das ist der Grund, warum wir sie nicht finden konnten.“
Basierend auf ihrer Einschätzung des Vorfahren boten beide Teams zwei Möglichkeiten für die Identität der Quelle an. Einerseits schlugen sie vor, dass es sich um einen einzelnen kräftigen Stern zwischen 45 und 55 Sonnenmassen handeln könnte, der sehr hell und heiß brannte, was dazu führte, dass er seine äußeren Schichten aus Wasserstoff und Helium abbrannte, bevor er gravitativ kollabierte.
Künstlerische Darstellung eines Doppelsternsystems bestehend aus zwei massereichen blauen Sternen. Bildnachweis: NASA
Eine zweite Möglichkeit war, dass der Vorläufer ein massereiches Doppelsystem war, das aus einem Stern mit 60 bis 80 Sonnenmassen und einem Begleiter mit 48 Sonnenmassen bestand. In diesem Szenario wurde der massereichere Stern von seinem Begleiter seiner Wasserstoff- und Heliumschichten beraubt, bevor er als Supernova explodierte.
Die zweite Möglichkeit war etwas überraschend, da Astronomen dies aufgrund aktueller Modelle nicht erwarten. Wenn es um Supernovae vom Typ I geht, erwarten Astronomen, dass die Doppelsternsysteme aus Sternen mit geringerer Masse bestehen, typischerweise aus Neutronensternen mit einem Begleiter, der seine Hauptreihe verlassen hat und sich zu einem Roten Riesen erweitert hat.
Die Entdeckung dieses Vorfahren hat daher für Astronomen ein Rätsel gelöst. Seit einiger Zeit wissen sie, dass Supernovae vom Typ Ic einen Mangel an Wasserstoff und Helium aufweisen, und waren sich nicht sicher, warum. Eine mögliche Erklärung war, dass sie durch starke Winde von geladenen Teilchen befreit wurden. Aber dafür wurden noch nie Beweise gefunden.
Die andere Möglichkeit beinhaltete Doppelsternpaare in engen Umlaufbahnen, bei denen ein Stern vor seiner Explosion seiner äußeren Schichten beraubt wurde. Aber in diesem Fall fanden sie heraus, dass der Stern, dem das Material entzogen wurde, immer noch massiv genug war, um schließlich als Supernova vom Typ Ic zu explodieren.
Illustration eines Weißen Zwergs, der sich ansammelt, indem er seinen größeren binären Begleiter abstreift. Bildnachweis: ESO/Kornmesser
Als Ori Fox, ein Forscher mit dem Institut für Weltraumteleskop-Wissenschaft (STSI) in Baltimore und ein Mitglied von Van Dyks Team, erklärt :
„Die Entflechtung dieser beiden Szenarien für die Erzeugung von Typ-Ic-Supernovae beeinflusst unser Verständnis der Sternentwicklung und Sternentstehung, einschließlich der Verteilung der Massen von Sternen bei ihrer Geburt und der Anzahl der Sterne, die sich in interagierenden Doppelsystemen bilden. Und das sind Fragen, die nicht nur Astronomen, die Supernovae untersuchen, wissen wollen, sondern alle Astronomen wollen.“
Die beiden Teams gaben auch an, dass sie die Identität des Vorläufersterns erst bestätigen können, wenn die Supernova in etwa zwei Jahren verblasst. Zu diesem Zeitpunkt hoffen sie, die NASA zu verwenden James Webb Weltraumteleskop (JWST), das 2021 auf den Markt kommen soll, um zu sehen, ob der Vorläufer noch sehr hell ist (wie erwartet) und genauere Messungen seiner Helligkeit und Masse vorzunehmen.
Diese neueste Entdeckung füllt nicht nur einige Lücken in unserem Wissen darüber, wie sich einige Sterne am Ende ihrer Hauptreihenphase verhalten, sondern bietet Astronomen auch die Möglichkeit, mehr über die Entstehung und Entwicklung von Sternen in unserem Universum zu erfahren . Wenn in den kommenden Jahren Teleskope der nächsten Generation verfügbar werden, erhoffen sich Astronomen wichtige Einblicke in diese Fragen.
Die von Van Dyk geleitete Studie mit dem Titel „ SN 2017ein und die mögliche erste Identifizierung eines Typ-Ic-Supernova-Vorläufers ' erschien inDas Astrophysikalische Journalim Juni. Die zweite Studie „ Ein potenzieller Vorläufer der Typ-Ic-Supernova 2017ein “, erschien in derMonatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Societyim vergangenen Oktober.
Weiterlesen: NASA , Das Astrophysikalische Journal , MNRAS
