Een nieuw ontdekte ster die een supernova werd, werd in het jaar voordat hij explodeerde tot een zonnemassa aan materiaal uitgestoten, wat de standaardtheorieën over de evolutie van sterren uitdaagde. De nieuwe waarnemingen geven astronomen inzicht in wat er gebeurt in het laatste jaar van een ster voordat deze sterft en explodeert.

Een jaar voordat hij een supernova werd, verloor de rode superreus die nu bekend staat als SN2023ixf onverwachts het equivalent van de massa van de zon. De opvatting van deze kunstenaar laat zien wat er kan gebeuren in de laatste fase van massaverlies voordat een ster ontploft. Afbeelding tegoed: Melissa Weiss/CfA.

Kerninstortende supernova's en SN2023ixf

SN2023ixf is een nieuwe Type II-supernova die in mei 2023 door amateurastronoom Koichi Itagaki werd ontdekt in de prefectuur Yamagata, Japan, kort na de explosie van zijn oorspronkelijke ster. SN2023ixf bevindt zich in het Pine Wheel-stelsel, op ongeveer 20 miljoen lichtjaar afstand van de aarde. Hij bevindt zich heel dicht bij de aarde, de supernova is extreem helder en zijn leeftijd is nog erg jong, wat hem tot een schat aan waarneembare gegevens maakt voor wetenschappers die de dood van massieve sterren bij supernova-explosies bestuderen.

Wanneer de massa van een rode superreus minstens acht keer zo groot is als die van de zon, en tot wel 25 keer zo groot kan zijn als die van de zon, zal hij onder zijn eigen gewicht instorten en exploderen. Dit is een Type II-supernova of een supernova met kerninstorting. Hoewel SN2023ixf voldoet aan de beschrijving van Type II, ontdekten vervolgobservaties met meerdere golflengten onder leiding van astronomen van Harvard en het Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), en met behulp van verschillende CfA-telescopen, nieuw en onverwacht gedrag.

SN2023ixf is een jonge supernova die eerder dit jaar werd ontdekt door amateurastronoom Koichi Itagaki in de prefectuur Yamagata, Japan. Het is een van de dichtstbijzijnde Type II-supernova's in tien jaar en een van de helderste supernova's tot nu toe. De weergave van deze kunstenaar toont de heldere explosie van SN2023ixf, die volgde op een onverwacht massaverlies dat astronomen nog nooit eerder hadden gezien. Fotocredit: Melissa Weiss/CfA

Een kerninstortende supernova produceert binnen enkele uren na de supernova een lichtflits wanneer de schokgolf van de explosie de buitenrand van de ster bereikt. De door SN2023ixf geproduceerde lichtcurve lijkt echter niet aan dit verwachte gedrag te voldoen. Om de impactuitbarsting van SN2023ixf beter te begrijpen, analyseerde een team van wetenschappers onder leiding van CfA postdoctoraal onderzoeker Daichi Hiramatsu gegevens van de 1,5 meter Tillinghast Telescoop, de 1,2 meter Telescoop en de CfA in Arizona. Gegevens van de MMT van het Fred Lawrence Whipple Observatory bij fA, evenals gegevens van het Global Supernova Project (een belangrijk project van het Las Cumbres Observatory), NASA's Neil Gehrels Swift Observatory en vele anderen. Het multi-golflengteonderzoek, deze week gepubliceerd in The Astrophysical Journal Letters, toont aan dat, in tegenstelling tot de verwachtingen en de stellaire evolutietheorie, de inslaguitbarsting van SN2023ixf met enkele dagen werd vertraagd.

Effecten van vertraagde shockburst

"De vertraagde schokuitbarsting is een direct bewijs van de aanwezigheid van dicht materiaal dat is geproduceerd door recent massaverlies", zei Hiramatsu, eraan toevoegend dat een dergelijk extreem massaverlies niet typerend is voor Type II-supernova's. Onze nieuwe waarnemingen laten zien dat het massaverlies in het laatste jaar vóór de explosie enorm en onverwacht was – dichtbij de massa van de zon. "

Deze composietafbeelding, gemaakt met de 1,2 meter telescoop van het CfA Fred Lawrence Whipple Observatory op 27 juni 2023, iets meer dan een maand nadat de voorloperster van SN2023ixf explodeerde, combineert groen, rood, nabij-infrarood en infrarood licht om SN2023ixf en het Pinwheelstelsel te benadrukken. SN2023ixf bevindt zich in een van de spiraalarmen van de Melkweg, waar naar verwachting massieve sterren zullen ontploffen. Bron: S.Gomez/STScI

SN2023ixf daagt het begrip van astronomen uit over de evolutie van massieve sterren en hun evolutie tot supernova's. Hoewel wetenschappers weten dat supernova's die instorten de belangrijkste oorsprongspunten zijn voor de vorming en evolutie van atomen, neutronensterren en zwarte gaten in het universum, is er minder bekend over de jaren voordat een ster explodeert. Nieuwe waarnemingen suggereren dat er tijdens de laatste jaren van het leven van een ster instabiliteit kan optreden, wat tot extreem massaverlies kan leiden. Dit kan verband houden met de laatste stadia van de nucleaire verbranding van hoogwaardige elementen zoals silicium in de stellaire kern.

Verdere observaties en samenwerking

Tijdens het uitvoeren van observaties over meerdere golflengten onder leiding van Daichi Hiramatsu, voerde Edo Berger, hoogleraar astronomie en mentor aan de Harvard University en CfA, millimetergolfobservaties uit van deze supernova met behulp van de CfA Submillimeter Array (SMA) op de top van Mauna Kea, Hawaï. De gegevens, gepubliceerd in The Astrophysical Journal Letters, volgen rechtstreeks botsingen tussen supernova-puin en dicht materiaal dat vóór de explosie verloren ging.

"De timing van de SN2023ixf-explosie was perfect", zei Berger. "Nog maar enkele dagen geleden zijn we begonnen met een ambitieus nieuw driejarig programma om supernova-explosies met SMA te bestuderen, en deze opwindende nabijgelegen supernova was ons eerste doelwit." De enige manier om te begrijpen hoe massieve sterren zich gedragen in de laatste jaren van hun leven, totdat ze ontploffen, is door supernova's op te merken wanneer ze nog heel jong zijn, bij voorkeur dichtbij, en ze op verschillende golflengten te bestuderen. Met behulp van optische en millimetergolftelescopen hebben we SN2023ixf effectief in een tijdmachine veranderd, waarbij we hebben gereconstrueerd hoe het was vóór zijn dood. "

Wat het betekent om amateurastronoom te zijn

De ontdekking van deze supernova zelf, en het werk dat onmiddellijk daarna volgde, is van grote betekenis voor astronomen over de hele wereld, inclusief degenen die wetenschap in hun eigen achtertuin uitvoeren. Itagaki ontdekte de supernova op 19 mei 2023 in een privéobservatorium in Okayama, Japan. De gecombineerde gegevens van Itagaki en andere amateurastronomen bepaalden het tijdstip van de explosie tot op twee uur tijd, wat een voorsprong opleverde voor onderzoek door professionele astronomen van het CfA en andere observatoria. CfA-astronomen blijven samenwerken met Itagaki op het gebied van voortdurende optische waarnemingen.

Daichi Hiramatsu zei: ‘Samenwerking tussen amateur- en professionele astronomen heeft een lange traditie van succes op het gebied van supernova’s. In het geval van SN2023ixf ontving ik onmiddellijk na zijn ontdekking van SN2023ixf een dringende e-mail van Koichi Itagaki. Zonder deze relatie, en zonder Itagaki’s werk en toewijding, zouden we de kans hebben gemist om belangrijke inzichten te verwerven in de evolutie van massieve sterren en hun supernova-explosies.’