Dankzij het snelle werk van onderzoekers kon met de Very Large Telescope van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht precies op tijd worden waargenomen hoe een ster explodeerde, op het moment dat de explosie door het oppervlak brak.
Voor het eerst laten astronomen de vorm van de explosie in zijn vroegste, vluchtige stadium zien. Deze korte fase zou een dag later niet zichtbaar zijn geweest en helpt bij het beantwoorden van een berg vragen over hoe zware sterren in supernova’s veranderen. Een supernova is de heldere explosie van een ster aan het einde van haar levenscyclus.
Supernova SN 2024ggi
Toen de supernova-explosie met de naam SN 2024ggi voor het eerst werd gedetecteerd in de nacht van 10 april 2024 was onderzoeker Yi Yang net in San Francisco geland na een lange vlucht. Hij wist dat hij snel moest handelen, dus ging hij direct aan de slag. Twaalf uur later stuurde hij een waarnemingsvoorstel naar ESO, die na een zeer snelle goedkeuringsprocedure op 11 april haar VLT in Chili op de supernova richtte. Dat was slechts 26 uur na de eerste detectie.
Supernova SN 2024ggi bevindt zich in het sterrenstelsel NGC 3621 in de richting van het sterrenbeeld Hydra, op slechts 22 miljoen lichtjaar afstand, wat astronomisch gezien dichtbij is. Met een grote telescoop en de juiste apparatuur wist het team dat ze een zeldzame kans hadden om de vorm van de explosie goed te bestuderen.
Explosie is afkomstig van een rode superreus
“De eerste VLT-waarnemingen legden de fase vast waarin materie, versneld door de explosie nabij het centrum van de ster, door het oppervlak van de ster schoot. In enkele uren werden de geometrie van de ster en zijn explosie samen waargenomen”, vertelt Dietrich Baade, ESO-astronoom in Duitsland en medeauteur van de studie gepubliceerd in Science Advances.
“De geometrie van een supernova-explosie biedt fundamentele informatie over de sterevolutie en de processen die tot dit kosmische vuurwerk leiden”, legt Yang uit. De exacte mechanismen achter supernova-explosies van zware sterren, sterren met meer dan acht keer de massa van de zon, worden nog altijd bediscussieerd en zijn een van de fundamentele vragen die astronomen willen beantwoorden. De voorloper van deze supernova was een rode superreus, met een massa van twaalf tot vijftien keer die van onze zon en een straal die 500 keer groter was, waardoor SN 2024ggi een klassiek voorbeeld is van een zware sterexplosie.
Hoe ontstaat zo’n supernova?
We weten dat de gemiddelde ster tijdens zijn levensduur zijn bolvorm behoudt als gevolg van een evenwicht tussen de zwaartekracht die hem samen wil drukken en de druk van zijn kern die hem wil laten uitzetten. Wanneer zijn brandstofbron opraakt, begint de kern te ‘sputteren’. Voor zware sterren is dit het begin van een supernova, de kern van een stervende ster stort in, de lagen massa eromheen vallen erop en stuiteren terug. Deze schok verspreidt zich vervolgens naar buiten en verstoort de ster.
Zodra de schokgolf door het oppervlak breekt komt er een grote hoeveelheid energie vrij, de supernova wordt dan veel helderder en daarmee waarneembaar. Tijdens deze hele korte fase kan de uitbraak van de supernova worden bestudeerd voordat de explosie in reactie komt met het materiaal rond de stervende ster.
Ontdekt met behulp van spectropolarimetrie
Dit is wat astronomen nu voor het eerst hebben bereikt met ESO’s VLT, met behulp van een techniek die spectropolarimetrie wordt genoemd. “Spectropolarimetrie levert informatie over de geometrie van de explosie die andere soorten waarnemingen niet kunnen bieden omdat de hoekschalen te klein zijn”, vertelt onderzoeker Lifan Wang. Hoewel de exploderende ster eruit ziet als een enkel punt, bevat de polarisatie van zijn licht verborgen aanwijzingen over zijn geometrie, die het team heeft kunnen ontrafelen.
De enige faciliteit op het zuidelijk halfrond die de vorm van een supernova via zo’n meting kan vastleggen, is het FORS2-instrument op de VLT. Met de FORS2-gegevens ontdekten de astronomen dat in de eerste fase de explosie van de ster de vorm van een olijf had. Naarmate de explosie zich naar buiten verspreidde en botste met de materie rond de ster, werd de vorm platter, maar de as van de uitbarsting bleef hetzelfde.
Belang van de waarneming
Met deze kennis kunnen astronomen al een aantal van de huidige supernovamodellen uitsluiten en nieuwe informatie toevoegen om andere te verbeteren. Dat geeft inzicht in de dood van zulke zware sterren. “Deze ontdekking verandert niet alleen ons begrip van sterexplosies, maar laat ook zien wat er bereikt kan worden als de wetenschap grenzen overschrijdt”, vertelt medeauteur en ESO-astronoom Ferdinando Patat. “Het is een krachtige herinnering dat nieuwsgierigheid, samenwerking en snel handelen diepgaande inzichten kunnen opleveren in de natuurkunde die ons universum vormgeeft .”
