Chandra ziet 'flikkerende' dode sterren: supernovaresten lichten op en doven uit in nabij sterrenstelsel

Decennialang dachten astronomen dat de dood van een zware ster een groots maar voorspelbaar uitdoven was. Na de initiële supernova-explosie zou de overgebleven wolk van heet gas en puin – een supernovarest – simpelweg afkoelen en vervagen over de loop van eeuwen. Maar een nieuwe 14-jarige studie van het nabije spiraalstelsel Messier 83 (M83) zet die aanname op zijn kop.

Met behulp van gegevens van NASA's Chandra X-ray Observatory identificeerden onderzoekers 22 röntgenbronnen die gekoppeld zijn aan supernovaresten in M83. Ze ontdekten dat ongeveer de helft van deze resten niet stilletjes uitdooft. In plaats daarvan flikkeren ze – ze lichten aanzienlijk op en doven weer uit over periodes van slechts enkele jaren .

"We weten dat individuele röntgenbronnen enorm kunnen variëren, maar ontdekken dat zó veel supernovaresten dit doen, was een echte verrassing," zei Andrea Prestwich, astronoom aan de Catholic University of America en hoofdauteur van de studie. "Er gebeurt duidelijk iets ongewoons binnenin deze objecten" . De bevindingen werden gepresenteerd op een bijeenkomst van de American Astronomical Society en gepubliceerd in The Astrophysical Journal .

Het mysterie van de rusteloze resten

Supernovaresten zijn doorgaans honderden tot duizenden jaren oud. Wanneer de initiële schokgolf van de explosie aan energie verliest, zou het hete gas zijn röntgenstraling moeten uitstralen en gestaag zwakker moeten worden. De populatie in M83, op ongeveer 15 miljoen lichtjaar van de aarde, houdt zich niet aan het script .

Van de 22 röntgenstraling uitzendende resten die over de 14-jarige observatieperiode (van 2000 tot 2014) zijn geanalyseerd, vertoonde ongeveer de helft meetbare veranderingen in helderheid. Dit was geen subtiele flikkering; de variaties waren significant genoeg om duidelijk zichtbaar te zijn in de data, waarbij sommige bronnen aanzienlijk oplichtten en verflauwden over onregelmatige intervallen .

Slechts één van de variabele resten heeft een eenvoudige verklaring. Aangeduid als SN 1957D, is waargenomen hoe dit restant zijn hogesnelheidspuin in een dicht gebied van omringend gas ramt. De botsing produceert een uitbarsting van schokverhit materiaal en extra röntgenstraling, wat de fakkels verklaart. Voor de meer dan tien andere flikkerende resten is de oorzaak minder duidelijk .

Stellaire zombies: Dubbelsterren en terugval-accretie

Het onderzoeksteam heeft twee hoofdtheorieën naar voren gebracht voor het mysterieuze geflikker, die beide suggereren dat dit niet simpelweg "dode" sterren zijn, maar systemen die nog actief materie consumeren.

Scenario met overlevende begeleidende ster: Veel zware sterren worden geboren in dubbelparen. Wanneer de zwaarste van de twee explodeert, kan deze een compact object achterlaten – een neutronenster of zwart gat – terwijl zijn begeleider intact blijft. De zwaartekracht van het restant kan dan stellair materiaal van de overlevende begeleider wegtrekken. Terwijl dit gas naar binnen spiraliseert, warmt het op tot miljoenen graden, waardoor een krachtig röntgendubbelstersysteem ontstaat. De onvoorspelbare snelheid van deze materieoverdracht kan de waargenomen flikkering veroorzaken .

Terugval-accretie: In plaats van een donorster zou het nieuw gevormde zwarte gat of de neutronenster een deel van het puin kunnen heroveren dat bij de oorspronkelijke supernova naar buiten is geblazen. Deze "kosmische recycling", waarbij een deel van het materiaal niet aan de zwaartekracht ontsnapt en terugvalt op het centrale object, zou eveneens variabele röntgenstraling produceren .

Deze verklaringen sluiten elkaar niet uit, en het is mogelijk dat beide processen aan het werk zijn bij de verschillende resten in de steekproef. Het bewijs voor de dubbelster-theorie wordt versterkt door de locaties van de flikkerende resten – ze bevinden zich in gebieden van M83 met hogere concentraties van zware jonge sterren, precies waar men zware röntgendubbelsterren zou verwachten .

Een vergelijkbare verrassing in een ander sterrenstelsel

M83 is geen geïsoleerd geval. Een vervolgstudie van het Draaikolkstelsel (M51) heeft een vergelijkbare populatie van variabele röntgenbronnen onthuld, geassocieerd met supernovaresten. De ontdekking van dit patroon in een tweede stervormingsstelsel suggereert dat flikkerende resten een veelvoorkomende, voorheen over het hoofd geziene fase van het stellaire hiernamaals in het universum zouden kunnen zijn .

Bonusontdekking: een supernova naast een zwart gat

In een niet-gerelateerde maar even fascinerende bevinding vonden Chandra en de XMM-Newton-satelliet van de Europese Ruimtevaartorganisatie (ESA) bewijs voor een supernovarest in een van de meest extreme omgevingen die men zich kan voorstellen. Het wrak werd gevonden nabij Sagittarius A* (Sgr A*), het superzware zwarte gat in het centrum van de Melkweg, zo'n 26.000 lichtjaar van de aarde .

De astronomen schatten dat de ster die dit puin creëerde, relatief recent explodeerde, zo'n 1.700 jaar geleden. Het resulterende restant, gelegen nabij een gebied dat Sagittarius C wordt genoemd, dijdt uit met ongeveer 3,2 miljoen kilometer per uur. Als de identificatie wordt bevestigd, zou dit de dichtstbijzijnde supernovarest zijn die ooit in de buurt van het centrale zwarte gat van onze Melkweg is ontdekt .

De ontdekking, eveneens gepubliceerd in The Astrophysical Journal, plaatst een sterexplosie in een gewelddadige buurt gedomineerd door extreme zwaartekracht, dichte magnetische velden en gaswolken die met hoge snelheid worden rondgeslingerd. Het bestuderen van een restant in deze omgeving geeft astronomen een uniek laboratorium om te begrijpen hoe materie zich gedraagt in de krachtigste zwaartekrachtsvelden in het universum .