Wenn Sterne wie unsere Sonne sterben, neigen sie dazu, mit einem Wimmern und nicht mit einem Knall zu erlöschen – es sei denn, sie sind Teil eines Doppelsternsystems (Zweisternsystem), das zu einer Supernova-Explosion führen könnte.
Jetzt haben Astronomen zum ersten Mal die Radiosignatur eines solchen Ereignisses in einer mehr als 400 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie entdeckt. Die Entdeckung, die Erkenntnis, der Fund, veröffentlicht am 17. Mai in Naturenthält verlockende Hinweise darauf, wie der Begleitstern ausgesehen haben muss.
Ein explosiver Sternentod
Wenn Sternen, die bis zu achtmal schwerer sind als unsere Sonne, in ihrem Kern der Kernbrennstoff ausgeht, blähen sie ihre äußeren Schichten auf. Dieser Prozess führt zu bunten Gaswolken, die fälschlicherweise als planetarische Nebel bezeichnet werden, und hinterlässt einen dichten, kompakten heißen Kern, der als Weißer Zwerg bekannt ist.
Unsere eigene Sonne wird diesen Übergang in etwa 5 Milliarden Jahren durchlaufen, dann langsam abkühlen und verblassen. Wenn ein Weißer Zwerg jedoch irgendwie an Gewicht zunimmt, setzt ein Selbstzerstörungsmechanismus ein, wenn er schwerer als etwa das 1,4-fache der Masse unserer Sonne wird. Die anschließende thermonukleare Detonation zerstört den Stern in einer besonderen Art von Explosion, die als a bezeichnet wird Supernova vom Typ Ia.
Aber woher sollte die zusätzliche Masse kommen, um einen solchen Knall anzutreiben?
Früher dachten wir, es könnte Gas sein, das einem größeren Begleitstern in einer engen Umlaufbahn entzogen wird. Aber Sterne neigen dazu, unordentliche Esser zu sein, die überall Gas verschütten. Eine Supernova-Explosion würde jedes austretende Gas erschüttern und es zur Explosion bringen leuchten bei Radiowellenlängen. Trotz jahrzehntelanger Suche wurde jedoch noch nie eine einzige junge Typ-Ia-Supernova mit Radioteleskopen entdeckt.
Stattdessen begannen wir zu glauben, dass Supernovae vom Typ Ia Paare von Weißen Zwergen sein müssten, die sich spiralförmig nach innen bewegen und auf relativ saubere Weise miteinander verschmelzen und kein Gas zurücklassen, das einen Schock auslösen könnte – und kein Funksignal.
Eine seltene Art von Supernova
Supernova 2020eyj wurde von entdeckt ein Teleskop in Hawaii am 23. März 2020. In den ersten sieben Wochen verhielt sie sich ähnlich wie jede andere Typ-Ia-Supernova.
Aber in den nächsten fünf Monaten hörte es auf, an Helligkeit zu verlieren. Etwa zur selben Zeit, es begann, Merkmale zu zeigen weist auf ein Gas hin, das ungewöhnlich reich an Helium war. Wir begannen zu vermuten, dass Supernova 2020eyj zu einer seltenen Unterklasse von Supernovae vom Typ Ia gehörte, bei denen die Druckwelle mit einer Geschwindigkeit von mehr als 10.000 Kilometern pro Sekunde an Gas vorbeifegt, das nur von den äußeren Schichten eines überlebenden Begleitsterns entfernt werden konnte.
Um unsere Vermutung zu bestätigen, beschlossen wir zu testen, ob genügend Gas vorhanden war, um ein Funksignal zu erzeugen. Da die Supernova zu weit nördlich liegt, um mit Teleskopen wie dem beobachtet zu werden Australia Telescope Compact Array in der Nähe von Narrabri nutzten wir stattdessen eine Reihe von Radioteleskopen, die über das gesamte Vereinigte Königreich verteilt sind um die Supernova etwa 20 Monate nach der Explosion zu beobachten.
Zu unserer großen Überraschung hatten wir den ersten eindeutigen Nachweis einer „jungen“ Typ-Ia-Supernova im Radiowellenlängenbereich, der durch eine zweite Beobachtung etwa fünf Monate später bestätigt wurde. Könnte dies der „rauchende Beweis“ dafür sein, dass nicht alle Supernovae vom Typ Ia durch die Verschmelzung zweier Weißer Zwerge verursacht werden?
Geduld zahlt sich aus
Eine der bemerkenswerteren Eigenschaften von Supernovae vom Typ Ia ist, dass sie scheinbar alle nahezu die gleiche Spitzenhelligkeit erreichen. Dies steht im Einklang damit, dass sie alle eine ähnliche kritische Masse erreicht hatten, bevor sie explodierten.
Genau dieses Attribut ermöglichte es dem Astronomen Brian Schmidt und seinen Kollegen, ihr Ziel zu erreichen Nobelpreisgekröntes Fazit Ende der 1990er Jahre: dass sich die Expansion des Universums seit dem Urknall unter der Schwerkraft nicht verlangsamt (wie alle erwartet hatten), sondern sich aufgrund der Auswirkungen dessen, was wir heute nennen, beschleunigt dunkle Energie.
Supernovae vom Typ Ia sind also wichtige kosmische Objekte, und die Tatsache, dass wir immer noch nicht genau wissen, wie und wann diese Sternexplosionen auftreten oder was sie so konsistent macht, bereitet Astronomen Sorgen.
Insbesondere wenn Paare verschmelzender Weißer Zwerge eine Gesamtmasse von bis zu fast dem Dreifachen der Masse unserer Sonne haben können, warum sollten sie dann alle etwa die gleiche Energiemenge freisetzen?
Unsere Hypothese (und Radiobestätigung), dass die Supernova 2020eyj auftrat, als genügend Heliumgas vom Begleitstern auf die Oberfläche des Weißen Zwergs abgestreift wurde, um ihn knapp über die Massengrenze zu bringen, liefert eine natürliche Erklärung für diese Konsistenz.
Die Frage ist nun, warum wir dieses Radiosignal noch bei keiner anderen Typ-Ia-Supernova gesehen haben. Vielleicht haben wir zu früh nach der Explosion versucht, sie zu entdecken, und zu schnell aufgegeben. Oder vielleicht sind nicht alle Begleitsterne so heliumreich und können ihre gasförmigen Außenschichten erstaunlich schnell abwerfen.
Aber wie unsere Studie gezeigt hat, zahlen sich Geduld und Beharrlichkeit manchmal auf eine Weise aus, die wir nie erwartet hätten, und ermöglichen es uns, das sterbende Flüstern eines fernen Sterns zu hören.
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