Astronomen hebben ontdekt wat mogelijk een enorme ster is die explodeert terwijl hij een zwart gat probeert op te slokken, wat een verklaring biedt voor een van de vreemdste stellaire explosies die ooit zijn waargenomen. De ontdekking werd gedaan door een team onder leiding van het Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) en het Massachusetts Institute of Technology (MIT) als onderdeel van het Young Supernova Experiment.
De explosie, genaamd SN 2023zkd, werd voor het eerst ontdekt in juli 2023 door de Zwicky Transient Facility. Een nieuw algoritme voor kunstmatige intelligentie, ontworpen om in realtime naar ongebruikelijke explosies te scannen, detecteerde de explosie als eerste, en dankzij die vroege waarschuwing konden astronomen onmiddellijk beginnen met vervolgobservaties, een essentiële stap om het volledige verhaal van de explosie vast te leggen. Tegen de tijd dat de explosie voorbij was, was deze waargenomen door een groot aantal telescopen, zowel op de grond als vanuit de ruimte.
De wetenschappers denken dat de meest waarschijnlijke interpretatie is dat de massieve ster in een dodelijke baan rond het zwarte gat zat. Naarmate er energie uit de baan verloren ging, nam de afstand tussen beide objecten af, totdat de supernova werd veroorzaakt door de zwaartekracht van de ster toen deze het zwarte gat gedeeltelijk opslokte.
“Onze analyse toont aan dat de explosie werd veroorzaakt door een catastrofale ontmoeting met een zwart gat, en is het sterkste bewijs tot nu toe dat dergelijke nauwe interacties daadwerkelijk een ster kunnen doen ontploffen”, aldus Alexander Gagliano, hoofdauteur van de studie en fellow bij het NSF Institute for Artificial Intelligence and Fundamental Interactions. “Ons machine learning-systeem signaleerde SN 2023zkd maanden voordat het zijn meest ongebruikelijke gedrag vertoonde, waardoor we ruim de tijd hadden om de cruciale observaties te doen die nodig waren om deze buitengewone explosie te ontrafelen.”
Een alternatieve interpretatie die door het team wordt overwogen, is dat het zwarte gat de ster volledig uit elkaar heeft gerukt voordat deze zelf kon exploderen. In dat geval heeft het zwarte gat snel de brokstukken van de ster naar zich toe getrokken en ontstond er een supernova-emissie toen de brokstukken in het omringende gas terechtkwamen. In beide gevallen blijft er één enkel, zwaarder zwart gat achter.
SN 2023zkd, gelegen op ongeveer 730 miljoen lichtjaar van de aarde, leek aanvankelijk een typische supernova, met een enkele lichtflits. Maar toen de wetenschappers de afname ervan gedurende enkele maanden volgden, gebeurde er iets onverwachts: het werd weer helderder. Om dit ongebruikelijke gedrag te begrijpen, analyseerden de wetenschappers archiefgegevens, die iets nog ongebruikelijkers aan het licht brachten: het systeem was al meer dan vier jaar lang langzaam helderder geworden vóór de explosie. Dat soort langdurige activiteit vóór de explosie wordt zelden waargenomen bij supernova's.
Uit gedetailleerde analyse bleek dat het licht van de explosie werd gevormd door materiaal dat de ster in de jaren vóór zijn dood had afgestoten. De vroege helderheid kwam door de schokgolf van de supernova die op gas met een lage dichtheid botste. De tweede, vertraagde piek werd veroorzaakt door een langzamere maar aanhoudende botsing met een dikke, schijfachtige wolk. Deze structuur, en het grillige gedrag van de ster vóór de explosie, suggereert dat de stervende ster onder extreme zwaartekracht stond, waarschijnlijk door een nabije, compacte metgezel zoals een zwart gat.
“2023zkd vertoont enkele van de duidelijkste tekenen die we hebben gezien van een massieve ster die in de jaren voor de explosie in wisselwerking stond met een begeleider”, aldus V. Ashley Villar, assistent-professor astronomie aan de Harvard Faculty of Arts and Sciences en medeauteur van de studie. “We denken dat dit deel uitmaakt van een hele reeks verborgen explosies die we met behulp van AI kunnen ontdekken.”
“Deze ontdekking laat zien hoe belangrijk het is om te bestuderen hoe massieve sterren met hun metgezellen interageren wanneer ze het einde van hun leven naderen”, aldus Gagliano. “We weten al enige tijd dat de meeste massieve sterren in dubbelsterren voorkomen, maar het is uiterst zeldzaam om er een te betrappen op het moment dat ze massa uitwisselen kort voordat ze exploderen.” Nu het Vera C. Rubin Observatorium onlangs zijn eerste beelden heeft onthuld en zich voorbereidt om om de paar nachten de hele hemel te onderzoeken, geeft deze ontdekking een voorproefje van wat er nog komen gaat. Krachtige nieuwe observatoria, in combinatie met realtime AI-systemen, zullen astronomen binnenkort in staat stellen om veel meer zeldzame en complexe explosies te ontdekken en in kaart te brengen hoe massieve sterren leven en sterven in dubbelstersystemen.
Het Young Supernova Experiment zal Rubin blijven aanvullen door gebruik te maken van de Pan-STARRS1- en Pan-STARRS2-telescopen om supernova's kort na de explosie te identificeren. Deze aanpak biedt een kosteneffectieve manier om het dynamische nabije universum te bestuderen. “We gaan nu een tijdperk binnen waarin we deze zeldzame gebeurtenissen automatisch kunnen vastleggen op het moment dat ze plaatsvinden, en niet pas achteraf”, aldus Gagliano. “Dat betekent dat we eindelijk verbanden kunnen leggen tussen hoe een ster leeft en hoe hij sterft, en dat is ongelooflijk spannend.”
De auteurs maakten gebruik van gegevens van een groot aantal telescopen, waaronder het Neil Gehrels Swift Observatory van NASA, de Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System, het Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System en een reeks telescopen van de Magellan-, MMT- en Las Cumbres-observatoria. Het Young Supernova Experiment is een samenwerkingsverband tussen de Universiteit van Californië in Santa Cruz, het DARK Cosmology Centre, de Universiteit van Illinois en de hoofdonderzoekers Vivienne Baldassare (Washington State University), Maria Drout (Universiteit van Toronto), Kaisey Mandel (Universiteit van Cambridge) en V. Ashley Villar (Harvard).
Bron: Center for Astrophysics
