Pressemeddelelse

Et manglende led er fundet: supernovaer kan blive til sorte huller eller neutronstjerner

10. januar 2024

To hold astronomer har fundet en direkte forbindelse imellem tunge stjerners eksplosive død og dannelsen af de tætteste og mest gådefulde objekter i Universet - sorte huller og neutronstjerner. Ved hjælp af Det europæiske Sydobservatoriums Very Large Telescope (ESOs VLT) og ESOs New Technology Telescope (NTT) har de to forskergrupper kunnet observere efterdønningerne fra en supernovaeksplosion i en nær galakse, og de har fundet beviser for det gådefulde tætte objekt, som blev slutproduktet.
To danske astronomer er involveret i opdagelsen, og nogle af observationerne er foretaget med Nordic Optical Telescope på La Palma, som ejes af Aarhus Universitet.

Når tunge stjerner når slutningen af deres udvikling, kollapser de under deres egen tyngdekraft, og det går så hurtigt, at der følger en voldsom eksplosion - det, som kaldes en supernova. Astronomerne mener, at hvad der er tilbage efter det spændende og voldsomme forløb, er stjernens ultratætte kerne. Afhængigt af, hvor tung stjernen oprindeligt er, vil det tætte rest være enten en neutronstjerne - som har en tæthed, så en teskefuld af stoffet ville veje omkring en milliard tons her på Jorden - eller et sort hul, hvorfra intet, ikke en gang lyset kan slippe væk.

Astronomerne har tidligere fundet mange spor, som peger i den retning, som for eksempel fundet af en neutronstjerne inde i Krabbetågen, som er den gassky, som er tilbage fra en stjerne, som eksploderede for næsten tusind år siden. Men forskerne har aldrig set denne proces foregå mens den blev observeret, så der har stadig manglet det direkte bevis for, at en supernova efterlader en kompakt stjernerest. "Med vores projekt, har vi vist en sådan forbindelse," siger Ping Chen, som arbejder ved Weizmann Institute of Science, Israel, og som er hovedforfatter til en artikel, som bliver offentliggjort idag i tidsskriftet Nature, samtidig med at resultatet bliver fremlagt ved det 243. møde i American Astronomical Society i New Orleans, USA.

Forskernes gennembrud skete i maj 2022, da den sydafrikanske amatørastronom Berto Monard opdagede supernovaen SN 2022jli i en spiralarm til den nære galakse NGC 157, som befinder sig omkring 75 millioner lysår borte. To forskellige forskerhold studerede følgerne af eksplosionen, og opdagede det enestående forløb.

Efter eksplosionen falder lysstyrken for de fleste supernovaer i tidens løb, så astronomerne ser en jævn aftagen i eksplosionens 'lyskurve'. Men SN 2022jli opførte sig anderledes: lysstyrken aftager godt nok, men det sker ikke jævnt. Istedet svinger den op og ned i løbet af cirka 12 dage. "I vore data fra SN 2022jli ser vi et gentaget forløb af opblussen og dæmpning," siger Thomas Moore, som er studerende ved Queen’s University Belfast, Nordirland, og som var hovedforfatter til en artikel om supernovaen, som blev offentliggjort sidstå år i Astrophysical Journal. "Det er første gang, man har set gentagne periodiske svingninger over flere omgange i lyskurven for en supernova," bemærkede Moore i sin artikel

Både Moores og Chens forskerhold mener, at denne opførsel kan forklares ved, at der er mere end en stjerne i SN 2022jli-systemet. Faktisk er det slet ikke usædvanligt for tunge stjerner, at de har ledsagestjerner i det, som kaldes et binært system, og stjernen, som blev til SN 2022jli var ingen undtagelse. Det, som er bemærkelsesværdigt i dette system er dog, at det ser ud til at ledsagestjernen har overlevet partnerens voldsomme endeligt, og at de to objekter, et kompakt objekt og ledsagestjernen stadig kredser om hinanden.

De data, som Moores hold indhøstede, herunder observationer med ESOs NTT i Chiles Atacamaørken, gjorde det ikke muligt for dem præcist at fastslå, hvordan vekselvirkningen imellem de to objekter forårsagede udsvingene i lyskurven. Men så foretog Chens hold yderligere observationer. De fandt de samme regelmæssige forandringer i systemet, som Moores hold havde fundet, og de så også regelmæssige bevægelser i hydrogengas og udbrud af gammastråler fra systemet. De observationer blev muliggjort med en række instrumenter i rummet og på jordoverfladen, her iblandt X-shooter på ESOs VLT, som også befinder sig i Chile.

Med alle sporene samlede kunne de to forskerhold enes om, at når ledsagestjernen vekselvirkede med det stof, som blev slynget ud i rummet under supernovaeksplosionen, ville dens egen hydrogenrige atmosfære blive pustet mere op en sædvanligt. Når så det kompakte objekt susede igennem ledsagestjernens udstrakte atmosfære ville objektet stjæle af hydrogengassen, og danne en varm stofskive omkring sig. Dette regelmæssige tyveri af stof, eller accretion, skabte så en masse udstråling, som vi her på Jorden opfangede som ændringer i lysstyrken for hele systemet.

Selvom forskerholdene ikke har kunnet observere lys, som kommer direkte fra selve det kompakte objekt, konkluderer de, at dette energityveri kun kan stamme fra en uset neutronstjerne, eller muligvis et sort hul, som slubrer stof til sig fra ledsagestjernens oppustede atmosfære. "I vores forskning har det været lidt som i et puslespil, hvor vi har indsamlet alle mulige slags beviser," siger Chen. "Alle brikkerne passer sammen, og fører til sandheden."

Selv om det er bekræftet, at der findes et sort hul eller en neutronstjerne, er der stadig meget at finde ud af i dette gådefulde system; ikke mindst hvilken form for kompakt objekt, der er tale om, og hvordan enden mon bliver for dette binære system. Næste-generations teleskoper som for eksempel ESOs Extremely Large Telescope, som begynder sit arbejde senere i dette årti, vil hjælpe til med dette arbejde, så vi kan glæde os til at se endnu finere detaljer i dette enestående stjernesystem.

Mere information

 

Forskningsresultaterne er offentliggjort i to artikler. Forskerholdet under ledelse af P. Chen har offentliggjort en artikel med titlen “A 12.4 day periodicity in a close binary system after a supernova” i Nature (doi: 10.1038/s41586-023-06787-x).

Det forskerhold består af P. Chen (Department of Particle Physics and Astrophysics, Weizmann Institute of Science, Israel [Weizmann Institute]), A. ​​Gal-Yam (Weizmann Institute), J. Sollerman (The Oskar Klein Centre, Department of Astronomy, Stockholm University, Sverige [OKC DoA]), S. Schulze (The Oskar Klein Centre, Department of Physics, Stockholm University, Sverige [OKC DoP]), R. S. Post (Post Observatory, Lexington, USA), C. Liu (Department of Physics and Astronomy, Northwestern University, USA [Northwestern]; Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics, Northwestern University, USA [CIERA]), E. O. Ofek (Weizmann Institute), K. K. Das (Cahill Center for Astrophysics, California Institute of Technology, USA [Cahill Center]), C. Fremling (Caltech Optical Observatories, California Institute of Technology, USA [COO]; Division of Physics, Mathematics and Astronomy, California Institute of Technology, USA [PMA]), A. Horesh (Racah Institute of Physics, The Hebrew University of Jerusalem, Israel), B. Katz (Weizmann Institute), D. Kushnir (Weizmann Institute), M. M. Kasliwal (Cahill Center), S. R. Kulkarni (Cahill Center), D. Liu (South-Western Institute for Astronomy Research, Yunnan University, Kina [Yunnan]), X. Liu (Yunnan), A. A. Miller (Northwestern; CIERA), K. Rose (Sydney Institute for Astronomy, School of Physics, The University of Sydney, Australien), E. Waxman (Weizmann Institute), S. Yang (OKC DoA; Henan Academy of Sciences, Kina), Y. Yao (Cahill Center), B. Zackay (Weizmann Institute), E. C. Bellm (DIRAC Institute, Department of Astronomy, University of Washington, USA), R. Dekany (COO), A. J. Drake (PMA), Y. Fang (Yunnan), J. P. U. Fynbo (The Cosmic DAWN Center, Denmark; Niels Bohr Institute, Københavns Universitet, Danmark), S. L. Groom (IPAC, California Institute of Technology, USA [IPAC]), G. Helou (IPAC), I. Irani (Weizmann Institute), T. J. du Laz (PMA), X. Liu (Yunnan), P. A. Mazzali (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, UK; Max Planck Institute for Astrophysics, Tyskland), J. D. Neill (PMA), Y.-J. Qin (PMA), R. L. Riddle (COO), A. Sharon (Weizmann Institute), N. L. Strotjohann (Weizmann Institute), A. Wold (IPAC), L. Yan (COO).

Forskerholdet under ledelse af T. Moore har offentliggjort en artikel med titlen “SN 2022jli: A Type 1c Supernova with Periodic Modulation of Its Light Curve and an Unusually Long Rise” i The Astrophysical Journal Letters (doi: 10.3847/2041-8213/acfc25).

Holdet består af T. Moore (Astrophysics Research Centre, Queenʼs University Belfast, UK [Queen’s]), S. J. Smartt (Queen’s; Department of Physics, University of Oxford, UK [Oxford]), M. Nicholl (Queen’s), S. Srivastav (Queen’s), H. F. Stevance (Oxford; Department of Physics, The University of Auckland, New Zealand), D. B. Jess (Queen’s; Department of Physics and Astronomy, California State University Northridge, USA), S. D. T. Grant (Queen’s), M. D. Fulton (Queen’s), L. Rhodes (Oxford), S. A. Sim (Queen’s), R. Hirai (OzGrav: The Australian Research Council Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery, Australien; School of Physics and Astronomy, Monash University, Australien), P. Podsiadlowski (University of Oxford, UK), J. P. Anderson (European Southern Observatory, Chile; Millennium Institute of Astrophysics MAS, Chile), C. Ashall (Department of Physics, Virginia Tech, USA), W. Bate (Queen’s), R. Fender (Oxford), C. P. Gutiérrez (Institut d’Estudis Espacials de Catalunya, Spanien [IEEC]; Institute of Space Sciences, Campus UAB, Spain [ICE, CSIC]), D. A. Howell (Las Cumbres Observatory, USA [Las Cumbres]; Department of Physics, University of California, Santa Barbara, USA [UCSB]), M. E. Huber (Institute for Astronomy, University of Hawai’i, USA [Hawai’i]), C. Inserra (Cardiff Hub for Astrophysics Research and Technology, Cardiff University, UK), G. Leloudas (DTU Space, National Space Institute, Technical University of Denmark, Danmark), L. A. G. Monard (Kleinkaroo Observatory, South Africa), T. E. Müller-Bravo (IEEC; ICE, CSIC), B. J. Shappee (Hawai’i), K. W. Smith (Queen’s), G. Terreran (Las Cumbres), J. Tonry (Hawai’i), M. A. Tucker (Department of Astronomy, The Ohio State University, USA; Department of Physics, The Ohio State University, USA; Center for Cosmology and Astroparticle Physics, The Ohio State University, USA), D. R. Young (Queen’s), A. Aamer (Queen’s; Institute for Gravitational Wave Astronomy, University of Birmingham, UK [IGWA]; School of Physics and Astronomy, University of Birmingham, UK [Birmingham]), T.-W. Chen (Graduate Institute of Astronomy, National Central University, Taiwan), F. Ragosta (INAF, Osservatorio Astronomico di Roma, Italien; Space Science Data Center—ASI, Italien), L. Galbany (IEEC; ICE, CSIC), M. Gromadzki (Astronomical Observatory, University of Warsaw, Polen), L. Harvey (School of Physics, Trinity College Dublin, The University of Dublin, Irland), P. Hoeflich (Department of Physics, Florida State University, USA), C. McCully (Las Cumbres), M. Newsome (Las Cumbres; UCSB), E. P. Gonzalez (Las Cumbres; UCSB), C. Pellegrino (Las Cumbres; UCSB), P. Ramsden (Birmingham; IGWA), M. Pérez-Torres (Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), Spanien; School of Sciences, European University Cyprus, Cypern), E. J. Ridley (IGWA; Birmingham), X. Sheng (Queen’s), and J. Weston (Queen’s)

European Southern Observatory (ESO) gør det muligt for forskere fra hele Verden at udforske Universets hemmeligheder til nytte for os alle. Vi designer, bygger og driver jordbaserede observatorier i verdensklasse - og herfra kan astronomerne dykke ned i spændende spørgsmål og sprede glæden ved astronomien, samtidig med at det internationale samarbejde omkring astronomi styrkes. ESO blev stiftet som en tværnational organisation i 1962, og idag støttes ESO af 16 medlemstater (Belgien, Danmark, Finland, Frankrig, Irland, Italien, Nederlandene, Polen, Portugal, Spanien, Sverige, Schweiz, Storbritannien, Tjekkiet, Tyskland og Østrig ) med Chile som værtsnation og med Australien som strategisk partner. ESOs hovedkvarter, besøgscenter og planetarium - ESO Supernova - befinder sig tæt ved München i Tyskland, og Atacamaørkenen i Chile er stedet, hvor vore teleskoper er opstillet; i et område hvor der er enestående muligheder for at observere himlen. ESO driver tre observatorier: La Silla, Paranal og Chajnantor. På Paranal driver ESO Very Large Telescope og det tilhørende Very Large Telescope Interferometer, og desuden to oversigtsteleskoper: VISTA, som opererer i det infrarøde og VLT Survey Telescope i det synlige bølgelængdeområde. På Paranal vil ESO ligeledes sørge for driften af Cherenkov Telescope Array South, som bliver Verdens største og mest følsomme observatorium for gammastråler. Sammen med en række internationale partnere driver ESO APEX og ALMA på Chajnantorhøjsletten. Det er to anlæg, som observerer himlen i millimeter- og submillimeterområderne. På Cerro Armazones tæt ved Paranal bygges for tiden "Verdens største himmeløje" - ESOs Extremely Large Telescope. Fra vore kontorer i Santiago, Chile understøtter vi vort arbejde i landet, og samarbejder med partnere i Chile og med hele samfundet.

Links

 

• Chen et al. artiklen
• Moore et al. artiklen
• Fotos af VLT 
• Fotos af NTT 
• Find ud af mere om ESOs Extremely Large Telescope på vores særlige website og press kit
• For journalister: du kan abonnere på vore pressemeddelelser under embargo og på dit eget sprog
• For forskerne: Har du en god historie, så send os et tip

Kontakter

Ping Chen
Weizmann Institute of Science
Rehovot, Israel
Tel: +972 8 934 6512
Email: chen.ping@weizmann.ac.il

Thomas Moore
Queen’s University Belfast
Belfast, Northern Ireland, UK
Email: tmoore11@qub.ac.uk

Jesper Sollerman
Department of Astronomy, Stockholm University
Stockholm, Sweden
Tel: +46 8 5537 8554
Email: jesper@astro.su.se

Matt Nicholl
Queen’s University Belfast
Belfast, Northern Ireland, UK
Email: matt.nicholl@qub.ac.uk

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6670
Mobil: +49 151 241 664 00
Email: press@eso.org

Ole J. Knudsen (press contact Danmark)
ESO Science Outreach Network and Aarhus Space Centre, Aarhus Universitet
Aarhus, Danmark
Tel: +45 8715 5597
Email: eson-denmark@eso.org

Connect with ESO on social media

Dette er en oversættelse af ESO pressemeddelelse eso2401 lavet af ESON - et netværk af personer i ESOs medlemslande, der er kontaktpunkter for medierne i forbindelse med ESO nyheder, pressemeddelelser mm.