Nach astronomischen Phänomenen 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 Vorläufer für jede sind.
Bisher konnten Astronomen jedoch nicht feststellen, welcher Sterntyp letztendlich zu einer Supernova vom Typ Ic führt - eine Spezialklasse, bei der ein Stern nach dem Entfernen von Wasserstoff und Helium einen Kernkollaps erleidet. Aber dank der Bemühungen zweier Astronomenteams, die sich mit Archivdaten aus dem Internet befassten Hubble-Weltraumteleskop, Wissenschaftler haben nun den lang ersehnten Stern gefunden, der diese Art von Supernova verursacht.
Grundsätzlich wird angenommen, dass Supernovae vom Typ I aus binären Systemen resultieren, die aus einem weißen Zwerg und einem Begleitstern bestehen, die eng zusammenlaufen. Mit der Zeit beginnt der Weiße Zwerg, Material vom Begleiter abzusaugen, bis eine kritische Masse erreicht ist. Der überpackte 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 massiven Sterne ausmachen, die beim Zusammenbruch des Kerns explodieren, hat der Stern seine äußere Wasserstoffschicht und den größten Teil seines Heliums verloren. Es wird angenommen, dass diese Sterne zu den massereichsten gehören - mit mindestens 30 Sonnenmassen - und auch nach dem Ablösen ihrer äußeren Schichten hell bleiben. Es war daher ein Rätsel, warum Astronomen einen nicht erkennen konnten, bevor er zur Supernova wurde.
Glücklicherweise wurde 2017 eine Supernova vom Typ Ic in einem Cluster junger Sterne in der Spiralgalaxie NGC 3938 beobachtet, die sich in einer Entfernung von etwa 65 Millionen Lichtjahren befindet. Die erste Entdeckung wurde von Astronomen an den Tenagra Observatories in Arizona gemacht, aber die beiden Astronomenteams wandten sich an Hubble um den genauen Ort der Quelle zu bestimmen.
Das erste Team unter der Leitung von Schuyler D. Van Dyk, einem leitenden Wissenschaftler am Infrarot-Verarbeitungs- und Analysezentrum (IPAC) von Caltech, stellte die junge Supernova im Juni 2017 mit vor Hubbles Weitfeldkamera 3 (WFC 3). Sie verwendeten dieses Bild dann, um den Kandidatenvorläufer im Archiv zu lokalisieren Hubble Fotos, die im Dezember 2007 von NGC 3938 aufgenommen wurden.
Das zweite Team unter der Leitung von Charles Kilpatrick von der University of California in 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 das gleiche Archiv Hubble Fotos als Van Dyks Team, um die mögliche Quelle aufzudecken.
Beide Teams veröffentlichten Studien, die darauf hinwiesen, dass der Vorläufer wahrscheinlich ein blauer Überriese war, der sich in einem der Spiralarme von NGC 3938 befand. Wie Van Dyk kürzlich in einer Pressemitteilung der NASA angedeutet hat, „Die Suche nach einem echten Vorfahren einer Supernova Ic ist ein großer Preis für die Suche nach Vorfahren. Wir haben jetzt zum ersten Mal ein klar erkanntes Kandidatenobjekt. “
Die Tatsache, dass die Supernova (mit SN 2017ein bezeichnet) überhaupt erst entdeckt wurde, war ebenfalls ein Glücksfall, wie Kilpatrick erklärte:
„Wir hatten das Glück, dass die Supernova in der Nähe war und sehr hell, etwa fünf- bis zehnmal heller als andere Supernovae vom Typ Ic, wodurch der Vorläufer möglicherweise leichter zu finden war. Astronomen haben viele Supernovae vom Typ Ic beobachtet, aber sie sind alle zu weit entfernt, als dass Hubble sie hätte lösen können. Sie brauchen einen dieser massiven, hellen Sterne in einer nahe gelegenen Galaxie, um loszugehen. Es sieht so aus, als ob die meisten Supernovae vom Typ Ic weniger massiv und daher weniger hell sind. Deshalb konnten wir sie nicht finden. "
Basierend auf ihrer Einschätzung des Vorfahren boten beide Teams zwei Möglichkeiten für die Identität der Quelle. Einerseits schlugen sie vor, dass es sich um einen einzelnen kräftigen Stern mit 45 bis 55 Sonnenmassen handeln könnte, der sehr hell und heiß brannte und seine äußeren Schichten aus Wasserstoff und Helium verbrannte, bevor er einem Gravitationskollaps unterzogen wurde.
Eine zweite Möglichkeit bestand darin, dass der Vorläufer ein massives binäres System war, das aus einem Stern zwischen 60 und 80 Sonnenmassen und einem Begleiter mit 48 Sonnenmassen bestand. In diesem Szenario wurde der massereichere Stern von seinem Begleiter von seinen Wasserstoff- und Heliumschichten befreit, bevor er als Supernova explodierte.
Die zweite Möglichkeit war eine kleine Überraschung, da es nicht das ist, was Astronomen auf der Grundlage aktueller Modelle erwarten. Wenn es um Supernovae vom Typ I geht, erwarten Astronomen, dass die binären Systeme aus Sternen mit geringerer Masse bestehen, typischerweise einem Neutronenstern mit einem Begleiter, der seine Hauptsequenz verlassen und sich zu einem roten Riesen ausdehnt.
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 nicht sicher sind, warum. Eine mögliche Erklärung war, dass sie von starken Winden geladener Teilchen abgestreift wurden. Es wurden jedoch nie Beweise dafür gefunden.
Die andere Möglichkeit bestand in eng umlaufenden Binärpaaren, bei denen ein Stern von seinen äußeren Schichten befreit wurde, bevor er explodierte. In diesem Fall stellten sie jedoch fest, dass der vom Material befreite Stern immer noch massiv genug war, um schließlich als Supernova vom Typ Ic zu explodieren.
Wie Ori Fox, ein Forscher am Space Telescope Science Institute (STSI) in Baltimore und Mitglied des Van Dyk-Teams, erklärte:
„Die Entflechtung dieser beiden Szenarien zur Erzeugung von Supernovae vom Typ Ic wirkt sich auf unser Verständnis der Sternentwicklung und Sternentstehung aus, einschließlich der Verteilung der Sternenmassen bei ihrer Geburt und der Anzahl der Sterne, die sich in interagierenden binären Systemen bilden. Und das sind Fragen, die nicht nur Astronomen, die Supernovae studieren, wissen wollen, sondern alle Astronomen suchen. “
Die beiden Teams gaben auch an, dass sie die Identität des Vorläufer-Sterns erst bestätigen können, wenn die Supernova in etwa zwei Jahren verblasst. Derzeit hoffen sie, die NASAs zu nutzen James Webb Weltraumteleskop (JWST), dessen Start für 2021 geplant ist, um festzustellen, ob der Vorläufer (wie erwartet) noch sehr hell ist, und um genauere Messungen seiner Helligkeit und Masse durchzuführen.
Diese neueste Entdeckung füllt nicht nur einige Lücken in unserem Wissen darüber, wie sich einige Sterne verhalten, wenn sie das Ende ihrer Hauptsequenzphase erreichen, sondern bietet Astronomen auch die Möglichkeit, mehr über die Bildung und Entwicklung von Sternen in unserem Universum zu erfahren . Wenn in den kommenden Jahren Teleskope der nächsten Generation verfügbar werden, hoffen die Astronomen, wichtige Einblicke in diese Fragen zu erhalten.
Die von Van Dyk geleitete Studie mit dem Titel „SN 2017ein und die mögliche erste Identifizierung eines Supernova-Vorläufers vom Typ Ic“ erschien in Das astrophysikalische Journal im Juni. Die zweite Studie „Ein potenzieller Vorläufer für die Supernova Typ Ic 2017ein“ erschien in der Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society im vergangenen Oktober.
