Voor het eerst hebben wetenschappers de vorm van de schokgolf van een supernova vastgesteld terwijl deze door het oppervlak van een ster in zijn laatste levensfase explodeerde. Supernova SN 2024ggi werd uitzonderlijk vroeg opgemerkt in april 2024, op een afstand van 23,6 miljoen lichtjaar, en vertoonde een ovale, olijfachtige vorm voordat de schokgolf in botsing kwam met het omringende materiaal. Deze observatie vult enkele hiaten in ons begrip van de vroegste stadia van de evolutie van supernova’s.
De details van deze gebeurtenis zouden niet duidelijk zijn geweest als ze slechts één dag later waren opgemerkt. Dit benadrukt de wetenschappelijke waarde van vroege detectie van supernova’s, de snelheid waarmee apparatuur kan worden gemobiliseerd om de bron te benaderen, en het belang van verschillende observatietechnieken.
“De geometrie van een supernova-explosie biedt fundamentele informatie over de sterren-evolutie en de fysieke processen die leiden tot deze kosmische vuurwerken,” zegt de astrofysicus Yi Yang van de Tsinghua Universiteit in China, de eerste auteur van het nieuwe artikel dat SN 2024ggi beschrijft.
De dood van een zware ster is een gecompliceerd proces dat wordt veroorzaakt door de uitputting van fusiebrandstof in de kern van die ster. Sterren handhaven een delicate balans. Ze smelten lichtere atomen in hun kern om zwaardere elementen te creëren – waterstof in helium, enzovoort. Omdat de producten van deze fusie een lager gewicht hebben dan de samenstellende elementen, wordt de extra massa omgezet in energie die de externe druk levert om de ster stabiel te houden.
Voor sterren boven een bepaalde massa vullen eeuwen van fusie van lichtere elementen uiteindelijk hun kernen met ijzer – het eindpunt van fusie. Omdat het vormen van elementen zwaarder dan ijzer meer energie kost dan het oplevert, kan de kern geen externe druk meer genereren die de ster stabiel houdt. Dit is het aansturingspunt voor een supernova.
Wat er daarna gebeurt, gebeurt zeer snel. De ster begint te imploderen, waardoor een schokgolf ontstaat die naar de kern van de ster beweegt, waar deze weerkaatst en naar buiten explodeert, door het buitenoppervlak van de ster heen breekt.
Er is een zeer korte tijd voordat deze naar buiten voortplantende schok bots met het trager bewegende gas dat de ster in de eeuwen voordien had “neergesnoven”. Dit korte venster is de schokdoorbraakfase – het moment waarop de schok door het oppervlak van de ster breekt, snel gevolgd door een flits van licht die binnen enkele uren vervaagt.
Astronomen hebben deze fase door de jaren heen een paar keer vastgelegd, met verschillende niveaus van detail. Wat de nieuwe observaties van SN 2024ggi bijzonder maakt, is de spectropolarimetrie die gebruikmaakt van de Very Large Telescope van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht – een techniek die de polariteit van licht over een reeks golflengten meet.
“Spectropolarimetrie levert informatie over de geometrie van de explosie die andere soorten observatie niet kunnen bieden omdat de hoeken te klein zijn,” legt astronoom Lifan Wang van Texas A&M University uit.
De onderzoekers begonnen met spectropolarimetrische waarnemingen van de evolutie van SN 2024ggi slechts 26 uur nadat deze was gedetecteerd en bleven deze meerdere dagen observeren. Opmerkelijk is dat hun observaties de doorbraakfase vastlegden, waarbij een schokgolf werd onthuld die niet sferisch was, maar uitgerekt in een olijf- of voetbalachtige vorm langs een voorkeursas.
“De eerste VLT-observaties vingen de fase vast tijdens welke materie die door de explosie in het centrum van de ster was versneld door het oppervlak van de ster schoot,” zegt astronoom Dietrich Baade van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht. “Enkele uren lang konden de geometrie van de ster en zijn explosie samen worden waargenomen.”
Naarmate de supernova zich verder ontwikkelde, zagen de astronomen die vorm opnieuw in het uitbreidende waterstofrijke materiaal dat naar buiten geblazen werd. Dit suggereert dat de vorm van de doorbraakfase niet willekeurig is, maar wordt gedreven door een grootschalig mechanisme dat de goed gedefinieerde voorkeursas van de vroege stadia tot in de latere evolutie behoudt.
Als de schok zich echter naar het materiaal verspreidde dat de ster in de eeuwen voorafgaand aan de supernova had afgestoten, verschoof de voorkeursas – wat suggeert dat het omringende materiaal een andere oriëntatie had dan de eigen as van de explosie. Wat dit betekent is onduidelijk, maar een mogelijkheid is dat de ster misschien een binaire metgezel had wiens zwaartekracht zijn dood beïnvloedde.
Het is verbazingwekkend om dit te kunnen uitvinden op een afstand van 23,6 miljoen lichtjaar. Dit onderzoek is gepubliceerd in Science Advances.
