Saknad länk funnen: supernovor ger upphov till neutronstjärnor eller svarta hål

Pressmess från ESO:

Astronomer har funnit en direkt länk mellan massiva stjärnors explosiva död och bildningen av de mest kompakta och svårförstådda objekten i universum – svarta hål och neutronstjärnor. Med hjälp av Europeiska sydobservatoriets Very Large Telescope (ESO:s VLT) och ESO:s New Technology Telescope (NTT) har två forskargrupper observerat följderna av en supernovaexplosion i en närbelägen galax och hittat ledtrådar till det mystiska objekt som blev kvar.

När massiva stjärnor når slutstadierna i sina liv kollapsar de under sin egen gravitation så snabbt att en förödande supernovaexplosion inträffar. Astronomer tror att det som återstår är en ultratät kärna eller rest av stjärnan. Beroende på hur massiv stjärnan var bildas antingen en neutronstjärna eller ett svart hål. Den förra är så tät att en tesked av dess material skulle väga tusen miljarder kilogram på jorden, och från den senare kan ingenting, inte ens ljuset, lämna.

Astronomer har funnit många ledtrådar till denna följd av händelser förr, till exempel i fallet med neutronstjärnan i Krabbnebulosan, resterna av en supernova för tusen år sedan.  Men detta förlopp har aldrig kunnat observeras i realtid, varför direkta bevis för att supernovor efterlämnar kompakta objekt har vilat på lösa grunder. “Med vårt arbete har vi kunnat etablera denna länk” säger Ping Chen vid Weizmann Institute of science i Israel och huvudförfattare till den studie som publiceras i dag i Nature och som presenterades vid American Astronomical Societys den 243:e konferens  i New Orleans, USA.

Forskarnas framgångssaga började i maj 2022 då den sydafrikanske amatörastronomen Berto Monard (bild nedan t h på denne amatörastronom “of the first magnitude” vid hans privata obsis) upptäckte supernovan SN 2022jli i den närbelägna spiralgalaxen NGC 157, belägen på 75 miljoner ljusårs avstånd. Två forskargrupper studerade effekterna av explosionen och fann att den hade unika egenskaper.

Efter explosionen brukar supernovans ljusstyrka avta gradvis med tiden. Men SN 2022jli betedde sig annorlunda: när dess ljusstyrka avtog skedde inte detta i jämn takt utan under variationer med omkring 12 dygns period. “I ljuskurvan från SN 2022jli ser vi upprepade faser med avtagande och tilltagande ljusstyrka” säger Thomas Moore, doktorand vid Queens University i Belfast, Nordirland, som ledde en studie som publicerades förra året i Astrophysical Journal. “Det är första gången som cykliska variationer har setts i en supernovas ljuskurva” sammanfattade Moore i sin artikel.

Både Moores och Chens forskargrupper tror att förekomsten av en ytterligare stjärna i SN 2022jli-systemet kan förklara det unika beteendet. Det är inte ovanligt att massiva stjärnor har kompanjoner, och stjärnan som orsakade SN 2022jli var inget undantag. Det som är anmärkningsvärt med systemet är att kompanjonen verkar ha överlevt moderstjärnans explosion och att de två objekten sannolikt fortsatte att kretsa kring varandra.

Datan som samlades in av Moores grupp, som inkluderade observationer med ESO:s NTT i Chiles Atacamaöken, kunde inte svara exakt på hur samverkan sker mellan de två objekten som orsakade variationerna i ljuskurvan. Men Chens grupp hade ytterligare observationer och fann samma regelbundna variationer som Moores grupp. De fann dessutom periodiska rörelser av vätgas och gammastrålning från systemet. Deras observationer var möjliga att göra med tack vare instrument både på jorden och i rymden, inklusive instrumentet X-shooter på ESO:s VLT, också i Chile.

Genom att sammanföra alla indicier kunde de två forskargrupperna dra slutsatsen att kompanjonens vätgasrika atmosfär expanderade när den samverkade med material som kastades ut vid supernovaexplosionen. När det kompakta objektet som bildades vid supernovan passerade genom kompanjonens uppblåsta atmosfär under sin banrörelse samlade den på sig vätgas i en het skiva runt det kompakta objektet. Den periodiska ansamlingen av gas frigjorde stora mängder energi som gav upphov till regelbundna variationer i ljuskurvan.

Även om forskargrupperna inte kunde observera något ljus från det kompakta objektet kunde de dra slutsatsen att vätgasansamlingen bara kunde ske då en neutronstjärna, eller möjligtvis ett svart hål, drog till sig material från kompanjonens uppblåsta atmosfär. “Vår forskning är som att lösa ett pussel genom att samla in all möjlig evidens” säger Chen. “Alla dessa bitar tillsammans ger det korrekta svaret på gåtan”.

Även om förekomsten av ett svart hål eller en neutronstjärna är bekräftad finns det mycket kvar att undersöka i detta märkliga system, till exempel exakt vilken sorts objekt som blev kvar efter supernovaexplosionen och hur dess framtida utveckling ser ut. Nästa generations teleskop som ESO:s Extremely Large Telescope, som förväntas stå klart i slutet av detta årtionde, kan bidra med mer information och ge astronomerna möjlighet att avslöja oanade detaljer i detta unika system.

PS.

Den svenska kopplingen till denna dramatiska SN-nyhet omtalas i ett pressmess från Stockholms Universitet idag.