Supernovas mit zwei Gipfeln liefern Hinweise auf Ausbrüche vor einer Supernova

Neue Forschungsergebnisse helfen dabei, die Entwicklung und die Endstadien massereicher Sterne, die Rolle binärer Wechselwirkungen und die Mechanismen hinter dem Massenverlust zu verstehen, die letztlich die Eigenschaften der resultierenden Supernova und ihrer Überreste beeinflussen. Diese Arbeit gibt auch Einblick in die verschiedenen Vorläufermassen und die Szenarien, die zu unterschiedlichen Arten von Massenverlust führen könnten, und wirft Licht auf die komplexen Prozesse, die den Lebenszyklus massereicher Sterne bestimmen.

Die Forschergruppe bietet Einschränkungen für die physikalischen Eigenschaften dieser Vorläufer und schlägt mögliche Mechanismen des Massenverlusts vor, um so zum Verständnis der Sternentwicklung und der Supernova-Vielfalt beizutragen.

Dr. Shing-Chi Leung, Assistenzprofessor für Physik am SUNY Polytechnic Institute, war einer der Autoren des Artikels mit dem Titel „Probing Presupernova Mass Loss in Double-peaked Type Ibc Supernovae from the Zwicky Transient Facility“ im Rahmen eines gemeinsamen Forschungsprojekts mit dem Team der Zwicky Transient Facility (ZTF). Die ZTF ist ein in Palomar, Kalifornien, gebautes Teleskop, das hauptsächlich von Forschern des California Institute of Technology (CalTech) gewartet wird.

Der Artikel ist veröffentlicht im Das Astrophysikalische Journalund das Projekt wurde von CalTech-Student Kaustav K. Das geleitet.

Supernovas sind Explosionen von Sternen. Je nach Vorläufer kann ihre Helligkeit innerhalb von 20 bis 100 Tagen nach der Explosion ihre volle Stärke erreichen und dann wieder am dunklen Himmel verschwinden.

Traditionell müssen Astronomen das Nachthimmelbild mit einem Referenzbild vergleichen und nach unerklärlichen hellen Flecken suchen, die Kandidaten für Supernovas sein könnten. Dann führen Astronomen Nachbeobachtungen durch, um die detaillierte Entwicklung der optischen Signale der Supernova aufzuzeichnen. Der Prozess kann langsam sein, da er nicht automatisiert ist, und aufgrund der langen Reaktionszeit können Objekte, die sich schnell entwickeln, übersehen werden.

Die Zwicky Transient Factory soll dieses Problem mit einer automatisierten Echtzeit-Datenreduktionspipeline, einem speziellen photometrischen Folgeteleskop und einem vollständigen Archiv aller erkannten astronomischen Quellen lösen. Dies ermöglicht die kontinuierliche Erfassung, Klassifizierung und Analyse vorübergehender Ereignisse am Himmel. Seit dem Start der ZTF im Jahr 2017 hat das Teleskop etwa 9.000 Supernovas erkannt.

Mit der großen Zahl neu entdeckter Supernovae ist eine neue Klasse von Supernovae entstanden. Diese Supernovae enthalten weder Wasserstoff noch Silizium in den Auswürfen (auch als Supernovae vom Typ Ib/c bekannt) und weisen eine markante Doppelspitze in ihrer Helligkeit auf, wobei die erste Spitze etwa 10 Tage nach der Explosion auftritt.

Normale Supernovas zeigen während der gesamten Explosion meist einen Helligkeitspeak. Der Doppelpeak zeigt an, dass der Stern vor seiner endgültigen Explosion eine Ausbruchsphase hat. Der Ausbruch ist wie eine „Mini-Explosion“, die etwas Materie im äußeren Bereich des Sterns wegschleudert. Nach dem Ausbruch findet die endgültige Explosion statt und die Hochgeschwindigkeitsmaterie interagiert mit dieser zuvor ausgestoßenen Materie und erzeugt die beobachteten Doppelpeaksignale.

„Wir wissen, dass solche Supernovas sehr gelegentlich vorkommen, aber wir wissen nicht, ob es sich um einmalige Ereignisse handelt oder ob hinter diesen Supernovas ein systematisches Bild steckt“, erklärte Dr. Leung. „Mit den von ZTF unterstützten Statistiken können wir davon ausgehen, dass hinter solchen Ausbrüchen ein robuster Mechanismus steckt. Dann stellt sich die Frage: Haben wir ein konsistentes Bild, um diese Ausbrüche zu erklären, während wir auch gewöhnliche Supernovas erklären können?“

In diesem Projekt untersuchte Dr. Leung seine früheren Modelle, in denen Ausbrüche vor einer Supernova vorhergesagt wurden. Sie fanden heraus, dass der Ausbruchsparameter mit einer weniger verbreiteten Supernova-Klasse übereinstimmen könnte, die als pulsierende Paarinstabilitäts-Supernovae bekannt ist. Allerdings ist auch diese Klasse von Supernovae als selten bekannt. Daher ist es umstritten, ob dies zusammen mit der Anzahl der Ereignisse die vollständige Erklärung für diese ungewöhnliche Unterklasse sein kann.

„Obwohl das Ergebnis derzeit noch offen ist, ist es dennoch aufregend zu wissen, dass Supernovas rätselhafter sein können, als wir einst dachten“, sagte Dr. Leung.

„Und wir erwarten viel mehr Daten [to be] später in diesem Jahrzehnt verfügbar. Das Rubin-Observatorium (früher bekannt als Large Synoptic Survey Telescope) wird 2025 in Betrieb genommen und die Gemeinschaft erwartet, etwa zehnmal mehr Supernovas zu entdecken. Eine so große Menge an neuen Daten wird sicherlich neue Einblicke liefern, um die weniger bekannte Seite der Supernova-Physik und dieser eigenartigen Objekte aufzudecken.“