Stern verliert unerwartet viel Masse, kurz bevor er zur Supernova wird

Eine neu entdeckte Supernova in der Nähe, deren Stern im Jahr vor seiner Explosion die volle Sonnenmasse an Material ausschleuderte, stellt die Standardtheorie der Sternentwicklung in Frage. Die neuen Beobachtungen geben Astronomen Einblick in das, was im letzten Jahr vor dem Tod und der Explosion eines Sterns passiert.

SN 2023ixf ist eine neue Supernova vom Typ II, die im Mai 2023 vom Amateurastronomen Kōichi Itagaki aus Yamagata, Japan, entdeckt wurde, kurz nachdem ihr Vorläufer oder Ursprungsstern explodierte. Die Nähe von SN 2023ixf zur Erde, die extreme Helligkeit der Supernova und ihr junges Alter machen SN 2023ixf etwa 20 Millionen Lichtjahre entfernt in der Pinwheel-Galaxie zu einer Fundgrube beobachtbarer Daten für Wissenschaftler, die den Tod massereicher Sterne bei Supernova-Explosionen untersuchen.

Typ-II-Supernovae oder Kernkollaps-Supernovae treten auf, wenn rote Überriesensterne mit mindestens achtfacher und bis zu etwa 25-facher Sonnenmasse unter ihrem eigenen Gewicht kollabieren und explodieren. SN 2023ixf passt zwar zur Typ-II-Beschreibung, weitere Beobachtungen mit mehreren Wellenlängen unter der Leitung von Astronomen am Zentrum für Astrophysik | Harvard & Smithsonian (CfA) und die Verwendung einer breiten Palette von CfA-Teleskopen haben neues und unerwartetes Verhalten entdeckt.

Innerhalb weniger Stunden nach ihrer Entstehung als Supernova erzeugen Kernkollaps-Supernovae einen Lichtblitz, der auftritt, wenn die Schockwelle der Explosion den äußeren Rand des Sterns erreicht. SN 2023ixf erzeugte jedoch eine Lichtkurve, die nicht zu diesem erwarteten Verhalten zu passen schien.

Um den Schockausbruch von SN 2023ixf besser zu verstehen, analysierte ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von CfA-Postdoktorand Daichi Hiramatsu Daten vom 1,5-m-Tillinghast-Teleskop, 1,2-m-Teleskop und MMT am Fred Lawrence Whipple Observatory, einer CfA-Einrichtung ebenfalls in Arizona als Daten des Global Supernova Project – einem Schlüsselprojekt des Las Cumbres Observatory, des Neil Gehrels Swift Observatory der NASA und vieler anderer.

Diese Multiwellenlängenstudie, die diese Woche in veröffentlicht wurde Die astrophysikalischen Tagebuchbriefeergab, dass sich der Schockausbruch von SN 2023ixf in krassem Widerspruch zu den Erwartungen und der Sternentwicklungstheorie um mehrere Tage verzögerte.

„Der verzögerte Schockausbruch ist ein direkter Beweis für das Vorhandensein von dichtem Material aus dem jüngsten Massenverlust“, sagte Hiramatsu und fügte hinzu, dass ein solch extremer Massenverlust für Supernovae vom Typ II untypisch sei. „Unsere neuen Beobachtungen zeigten einen erheblichen und unerwarteten Massenverlust – nahe der Masse der Sonne – im letzten Jahr vor der Explosion.“

SN 2023ixf stellt das Verständnis der Astronomen über die Entwicklung massereicher Sterne und die Supernovae, zu denen sie werden, in Frage. Obwohl Wissenschaftler wissen, dass Kernkollaps-Supernovae primäre Ursprungspunkte für die kosmische Bildung und Entwicklung von Atomen, Neutronensternen und Schwarzen Löchern sind, ist über die Jahre vor Sternexplosionen nur sehr wenig bekannt.

Die neuen Beobachtungen deuten auf eine mögliche Instabilität in den letzten Lebensjahren eines Sterns hin, die zu einem extremen Massenverlust führen kann. Dies könnte mit den Endstadien der nuklearen Verbrennung massereicher Elemente wie Silizium im Kern des Sterns zusammenhängen.

In Verbindung mit Multiwellenlängenbeobachtungen unter der Leitung von Hiramatsu führte Edo Berger, Professor für Astronomie in Harvard und CfA und Hiramatsus Berater, Millimeterwellenbeobachtungen der Supernova mit dem Submillimeter Array (SMA) von CfA auf dem Gipfel von Maunakea, Hawaii, durch .

Diese Daten, die auch in veröffentlicht werden Die astrophysikalischen Tagebuchbriefe, verfolgte direkt die Kollision zwischen den Supernova-Trümmern und dem dichten Material, das vor der Explosion verloren ging. „SN 2023ixf explodierte genau zum richtigen Zeitpunkt“, sagte Berger. „Nur ein paar Tage zuvor haben wir mit der SMA ein neues ehrgeiziges dreijähriges Programm zur Untersuchung von Supernova-Explosionen gestartet, und diese nahegelegene aufregende Supernova war unser erstes Ziel.“

„Die einzige Möglichkeit zu verstehen, wie sich massereiche Sterne in den letzten Jahren ihres Lebens bis zum Punkt der Explosion verhalten, besteht darin, Supernovae zu entdecken, wenn sie noch sehr jung und vorzugsweise in der Nähe sind, und sie dann über mehrere Wellenlängen hinweg zu untersuchen“, sagte Berger. „Mit optischen Teleskopen und Millimeterteleskopen haben wir SN 2023ixf effektiv in eine Zeitmaschine verwandelt, um zu rekonstruieren, was sein Vorläuferstern bis zum Moment seines Todes tat.“

Die Supernova-Entdeckung selbst und die unmittelbare Folge davon sind für Astronomen auf der ganzen Welt von großer Bedeutung, auch für diejenigen, die in ihrer eigenen Hinterhofwissenschaft tätig sind. Itagaki entdeckte die Supernova am 19. Mai 2023 von seinem privaten Observatorium in Okayama, Japan. Kombinierte Daten von Itagaki und anderen Amateurastronomen bestimmten den Zeitpunkt der Explosion mit einer Genauigkeit von zwei Stunden und verschafften professionellen Astronomen am CfA und anderen Observatorien einen Vorsprung bei ihren Untersuchungen. CfA-Astronomen haben weiterhin mit Itagaki bei laufenden optischen Beobachtungen zusammengearbeitet.

„Die Partnerschaft zwischen Amateur- und Profiastronomen blickt auf eine lange Erfolgstradition im Supernova-Bereich zurück“, sagte Hiramatsu. „Im Fall von SN 2023ixf erhielt ich eine dringende E-Mail von Kōichi Itagaki, sobald er SN 2023ixf entdeckte. Ohne diese Beziehung und Itagakis Arbeit und Engagement hätten wir die Gelegenheit verpasst, ein kritisches Verständnis der Entwicklung massereicher Sterne zu erlangen.“ und ihre Supernova-Explosionen.“