Künstlerische Darstellung eines gelben Überriesen in einem engen Binärsystem mit einem blauen Hauptreihen-Begleitstern, ähnlich den Eigenschaften, die für das 2019yvr-Vorläufersystem in Kilpatrick et al. (2021). Wenn sich das Vorläufersystem von 2019yvr in einem solchen Binärsystem befand, muss es eine sehr enge Wechselwirkung gegeben haben, die dem gelben Überriesen in den letzten 100 Jahren eine große Menge Wasserstoff entzogen hat, bevor er als Supernova explodierte. Bildnachweis: Kavli IPMU / Aya Tsuboi
Nie zuvor gesehenes Szenario „dehnt das physikalisch Mögliche aus“.
Ein merkwürdig gelber Stern hat Astrophysiker veranlasst, neu zu bewerten, was in unserem Universum möglich ist.
Unter der Leitung von Northwestern University, das internationale Team verwendet NASA Hubble Weltraumteleskop um den massereichen Stern zweieinhalb Jahre vor seiner Explosion in einer Supernova zu untersuchen. Am Ende ihres Lebens sind kühle, gelbe Sterne typischerweise in Wasserstoff gehüllt, der das heiße, blaue Innere des Sterns verbirgt. Aber diesem gelben Stern, der sich 35 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt im Virgo-Galaxienhaufen befindet, fehlte zum Zeitpunkt seiner Explosion auf mysteriöse Weise diese entscheidende Wasserstoffschicht.
„Wir haben dieses Szenario noch nie zuvor gesehen“, sagte Charles Kilpatrick von Northwestern, der die Studie leitete. „Wenn ein Stern ohne Wasserstoff explodiert, sollte er extrem blau sein – wirklich, wirklich heiß. Es ist fast unmöglich, dass ein Stern so kühl ist, ohne Wasserstoff in seiner äußeren Schicht zu haben. Wir haben uns jedes einzelne Sternmodell angesehen, das einen Stern wie diesen erklären könnte, und jedes einzelne Modell erfordert, dass der Stern Wasserstoff hatte, von dem wir aufgrund seiner Supernova wissen, dass dies nicht der Fall war. Es dehnt das physikalisch Mögliche aus.“
Bilder des Hubble-Weltraumteleskops (HST), die den Explosionsort von 2019yvr 2.5 Jahre vor seiner Explosion zeigen. Oben links: Die Supernova selbst ist 72 Tage nach ihrer Explosion auf einem Bild des Gemini-South-Teleskops zu sehen. Unten links: Ein Zoom auf dieselbe Stelle im HST-Bild vor der Explosion, das eine einzelne Quelle zeigt, die der Vorläuferstern von 2019yvr zu sein scheint. Bildnachweis: Charles Kilpatrick / Northwestern University
Das Team beschreibt den eigentümlichen Stern und die daraus resultierende Supernova in einer neuen Studie, die am 5. Mai 2021 im veröffentlicht wurde Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society. In dem Papier stellen die Forscher die Hypothese auf, dass der Stern in den Jahren vor seinem Tod seine Wasserstoffschicht abgestoßen oder an einen nahen Begleitstern verloren haben könnte.
Kilpatrick ist Postdoktorand am Northwestern Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics (CIERA) und Mitglied des Young Supernova Experiment, das das Pan-STARSS-Teleskop in Haleakalā, Hawaii, verwendet, um Supernovae direkt nach ihrer Explosion einzufangen.
Einen Stern fangen, bevor er explodiert
Nachdem das Young Supernova Experiment die Supernova 2019yvr in der relativ nahen Spiralgalaxie NGC 4666 entdeckt hatte, verwendete das Team Weltraumbilder, die vom Hubble-Weltraumteleskop der NASA aufgenommen wurden, das diesen Abschnitt des Himmels glücklicherweise bereits beobachtete.
„Was massereiche Sterne tun, kurz bevor sie explodieren, ist ein großes ungelöstes Rätsel“, sagte Kilpatrick. „Es ist selten, diese Art von Stern zu sehen, kurz bevor er in einer Supernova explodiert.“
Die Hubble-Bilder zeigten die Quelle der Supernova, einen massiven Stern, der nur ein paar Jahre vor der Explosion fotografiert wurde. Obwohl die Supernova selbst völlig normal erschien, war ihre Quelle – oder ihr Vorläuferstern – alles andere als normal.
„Als es explodierte, schien es wie eine ganz normale wasserstofffreie Supernova“, sagte Kilpatrick. „Daran war nichts Besonderes. Aber der Vorläuferstern stimmte nicht mit dem überein, was wir über diese Art von Supernova wissen.“
Direkter Beweis für einen gewaltsamen Tod
Einige Monate nach der Explosion entdeckten Kilpatrick und sein Team jedoch einen Hinweis. Als der Auswurf der letzten Explosion des Sterns durch seine Umgebung reiste, kollidierte er mit einer großen Masse Wasserstoff. Dies veranlasste das Team zu der Hypothese, dass der Vorläuferstern den Wasserstoff innerhalb weniger Jahre vor seinem Tod ausgestoßen haben könnte.
„Astronomen haben vermutet, dass Sterne in den Jahren, bevor wir Supernovae sehen, heftige Eruptionen oder Todeszuckungen durchmachen“, sagte Kilpatrick. „Die Entdeckung dieses Sterns liefert einige der direktesten Beweise, die je gefunden wurden, dass Sterne katastrophale Eruptionen erleiden, die dazu führen, dass sie vor einer Explosion an Masse verlieren. Wenn der Stern diese Eruptionen hatte, dann hat er wahrscheinlich seinen Wasserstoff mehrere Jahrzehnte vor seiner Explosion ausgestoßen.“
„Die Entdeckung dieses Sterns liefert einige der direktesten Beweise, die je gefunden wurden, dass Sterne katastrophale Eruptionen erleiden, die dazu führen, dass sie vor einer Explosion an Masse verlieren.“
- Charles Kilpatrick, Astrophysiker
In der neuen Studie stellt Kilpatricks Team auch eine weitere Möglichkeit vor: Ein weniger massereicher Begleitstern könnte dem Vorläuferstern der Supernova Wasserstoff entzogen haben. Das wird der Mannschaft allerdings nicht gelingen search für den Begleitstern, bis die Helligkeit der Supernova nachlässt, was bis zu 10 Jahre dauern kann.
„Im Gegensatz zu seinem normalen Verhalten direkt nach der Explosion offenbarte die Wasserstoffwechselwirkung, dass es sich um eine Art seltsame Supernova handelt“, sagte Kilpatrick. „Aber es ist außergewöhnlich, dass wir seinen Vorläuferstern in Hubble-Daten finden konnten. Ich denke, in vier oder fünf Jahren werden wir in der Lage sein, mehr darüber zu erfahren, was passiert ist.“
Weitere Informationen zu dieser Studie finden Sie unter Mysterious Hydrogen-Free Supernova Sheds Light on Massive Stars’ Violent Death Throes.
Referenz: „Ein cooler und aufgeblasener Vorläuferkandidat für die Typ-Ib-Supernova 2019yvr 2.6 Jahre vor der Explosion“ von Charles D. Kilpatrick, Maria R. Drout, Katie Auchettl, Georgios Dimitriadis, Ryan J. Foley, David O. Jones, Lindsay DeMarchi, K. Decker French , Christa Gall, Jens Hjorth, Wynn V. Jacobson-Galán, Raffaella Margutti, Anthony L. Piro, Enrico Ramirez-Ruiz, Armin Rest und César Rojas-Bravo, 30. März 2021, Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/stab838
Die Studie „Ein cooler und aufgeblasener Vorläuferkandidat für die Typ-Ib-Supernova 2019 Jahre vor der Explosion“ wurde von der NASA (Preisnummern GO-2.6 und AR-15691), der National Science Foundation (Preisnummern AST-16136 , AST-1909796), dem Canadian Institute for Advanced Research, der VILLUM Foundation und dem Australian Research Council Centre of Excellence. Neben dem Hubble-Weltraumteleskop verwendeten die Forscher Instrumente des Gemini-Observatoriums, des Keck-Observatoriums, des Las-Cumbres-Observatoriums, des Spitzer-Weltraumteleskops und des Swope-Teleskops.
