Een supernova is een zeldzame en wonderbaarlijke gebeurtenis. Omdat deze intense explosies alleen plaatsvinden wanneer een massieve ster het laatste stadium van zijn evolutionaire levensduur bereikt - wanneer hij al zijn brandstof heeft uitgeput en de kern instort - of wanneer een witte dwerg in een dubbelstersysteem zijn metgezel verteert, in staat om getuige is een heel voorrecht.
Maar onlangs was een internationaal team van astronomen getuige van iets dat misschien nog zeldzamer is: een supernova-gebeurtenis die in slow motion leek te gebeuren. Terwijl supernova in zijn soort (SN Type Ibn) typisch wordt gekenmerkt door een snelle opkomst tot piekhelderheid en een snelle afname, duurde het bij deze supernova ongekend lang voordat de maximale helderheid was bereikt en vervaagde vervolgens 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. Aangenomen wordt dat dit soort explosies het gevolg is van massieve sterren (die hun buitenste omhulsel van waterstof hebben verloren) die ineenstorten en waarvan de ejecta samenwerkt met een wolk van heliumrijk circumstellair materiaal (CSM).
De studie werd geleid door Emir Karamehmetoglu van The Oskar Klein Center aan de universiteit van Stockholm. Zoals hij via e-mail aan Space Magazine vertelde:
“Men denkt dat type Ibn-supernova's de explosies zijn van zeer zware sterren, omgeven 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 zijn ook van mening dat er zeer 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. Zoals je je kunt voorstellen, is dit soort configuratie zeer zeldzaam, aangezien waterstof verreweg het meest voorkomende element in het universum is. ”
Zoals al opgemerkt, worden Type Ibn-supernova gekenmerkt door een plotselinge en dramatische toename van hun helderheid en vervolgens een snelle afname. Bij het observeren van OGLE-2014-SN-131 - die ze op 11 november 2014 ontdekten met behulp van het Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) aan het Astronomisch Observatorium van de Universiteit van Warschau - waren ze getuige van iets heel anders.
"OGLE-2014-SN-131 was anders omdat het, in vergelijking met de meer gebruikelijke ~ 1 week, bijna 50 dagen duurde om helder te worden," zei Karamehmetoglu. “Daarna daalde het ook relatief langzaam. Het feit dat het meerdere malen langer duurde dan de typische stijging naar maximale helderheid, die anders is dan alle andere Ibn die eerder is bestudeerd, maakt het een zeer uniek object. ”
Dankzij gegevens verkregen door het OGLE-IV Transient Detection System konden ze OGLE-2014-SN-131 op een afstand van ongeveer 372 ± 9 megaparsecs (1183,95 tot 1242,66 miljoen lichtjaar) van de aarde plaatsen. Dit werd vervolgens opgevolgd met fotometrische waarnemingen met behulp van de OGLE-telescoop op de Las Campanas-sterrenwacht in Chili en de Gamma-Ray Burst optische / bijna-infrarooddetector (GROND) op de La Silla-sterrenwacht.
Het team heeft ook spectroscopische gegevens verkregen met de ESO's New Technology Telescope (NTT) in La Silla en de Very Large Telescope (VLT) in de Paranal-sterrenwacht (beide in Chili). Naast een ongebruikelijk lange stijgtijd, 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 supernovae aandrijven. Deze konden echter niet verklaren wat ze met OGLE-2014-SN-131 hadden waargenomen. 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 zouden kunnen worden veroorzaakt door schokken die worden veroorzaakt door de interactie van uitgestoten materiaal uit de supernova met de heliumrijke CSM.
Dankzij de spectrale gegevens verkregen door de NTT en VLT wisten ze dat dergelijk materiaal rond de ster bestond, en het model kon daarom het waargenomen gedrag 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 het ongewoon massieve karakter van zijn stamvader. Een zeer zware ster, tussen de 40-60 keer de massa van onze zon, gelegen in een laagmetallisch sterrenstelsel, heeft waarschijnlijk deze SN veroorzaakt door een grote hoeveelheid heliumrijke materie te verdrijven en uiteindelijk te exploderen als een SN. ”
Behalve dat het een unieke gebeurtenis is, heeft deze studie ook enkele drastische implicaties voor de astronomie en de studie van supernova's. Dankzij de detectie van OGLE-2014-SN-131 hebben alle 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 stijgingen vertonen.
Wat de toekomst betreft, 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 lange opkomsttijden hebben en daarom waarschijnlijk worden gecreëerd door zeer zware sterren", zei hij. "We zullen profiteren van het vergelijkingskader dat we hebben ontwikkeld bij het bestuderen van OGLE-2014-SN-131."
Nogmaals, het heelal heeft ons geleerd dat twee van de belangrijkste aspecten van wetenschappelijk onderzoek aanpassingsvermogen en een streven naar continue ontdekking zijn. Als dingen niet voldoen aan bestaande modellen, ontwikkel dan nieuwe en test ze uit!
