Persbericht

Astronomen vinden kandidaat-voorloperster voor type Ia supernova

Notes

17 november 2009

Met behulp van ESO’s Very Large Telescope en zijn mogelijkheid om beelden te verkrijgen die zo scherp zijn dat het net lijkt alsof ze gemaakt zijn in de ruimte, hebben astronomen de eerste ‘time-lapse’-film gemaakt van een nogal ongebruikelijk uitgestoten mantel van een ‘vampierster’, die in november 2000 explodeerde na materie van zijn begeleidende ster te hebben opgeschrokt. Dit stelde astronomen in staat om de afstand en intrinsieke helderheid van het object te bepalen. Het blijkt dat dit dubbelstersysteem een hoofdkandidaat is om een van de langgezochte voorouders te zijn van een exploderende ster die bekend staat als type Ia supernova, van belang voor studies naar donkere energie.

“Een van de grootste problemen in moderne astrofysica is het feit dat we nog steeds niet precies weten welke stersystemen exploderen als een type Ia supernova”, zegt Patrick Woudt van de Universiteit van Kaapstad en eerste auteur van de paper waarin de resultaten worden beschreven. “Dit is nogal lastig, omdat deze supernovae een cruciale rol spelen bij het aantonen van de versnelde uitdijing van het heelal, door de mysterieuze donkere energie.”

De astronomen bestudeerden het object dat bekend staat als V445 in het sterrenbeeld Achtersteven (Puppis ) zeer gedetailleerd. V445 Puppis is de eerste en tot nu toe enige nova die geen enkel bewijs laat zien voor waterstof. Het is het eerste bewijs van een uitbarsting op het oppervlak van een witte dwerg, die wordt gedomineerd door helium. “Dit is cruciaal, omdat we weten dat type Ia supernova’s geen waterstof bevatten,” zegt co-auteur Danny Steeghs van de universiteit van Warwick, Engeland, “en de begeleidende ster in V445 Pup heeft ook geen waterstof, en loost vooral helium naar de witte dwerg.”

In november 2000 onderging dit systeem een nova-uitbarsting en werd 250 keer helderder dan daarvoor en slingerde een grote hoeveelheid materie de ruimte in.

Het team astronomen gebruikte de adaptieve optiek van de NACO nabij-infrarood camera [1] van ESO's Very Large Telescope om gedurende twee jaar zeer gedetailleerde afbeelden van V445 Puppis te maken. De beelden laten een bipolaire schil zien, met in eerste instantie een erg smal gedeelte, met uitstulpingen aan beide kanten. Er zijn twee knopen zichtbaar aan beide uiteinden van de schil, die lijken te bewegen met een snelheid van ongeveer 30 miljoen kilometer per uur. De schil zelf beweegt – in tegenstelling tot andere nova’s - met een snelheid van 24 miljoen kilometer per uur. Een dikke schijf van stof, welke geproduceerd moet zijn tijdens de laatste uitbarsting, verduistert de twee centrale sterren.

“Het onvoorstelbare detail dat we kunnen zien op zo’n kleine schaal, ongeveer honderd milli-boogseconden - de grootte van een euro gezien van veertig kilometer afstand, is alleen mogelijk dankzij de adaptieve optische techniek van zo’n grote telescoop als ESO’s VLT,” zegt Steeghs.

Een supernova is één van de manieren waarop een ster zijn leven kan eindigen, exploderend in een grandioze vuurwerkshow. De type Ia supernova´s zijn kosmologisch gezien zeer interessant omdat ze gebruikt kunnen worden om afmetingen in het heelal te bepalen [2] en op die manier de versnellende expansie van het heelal veroorzaakt door donkere materie te ijken.

Een typerend kenmerk van type Ia supernova´s is het gebrek aan waterstof in hun spectrum, terwijl waterstof het meest voorkomende chemische element in het heelal is. Zulke supernova´s doen zich naar alle waarschijnlijkheid voor in dubbelstersystemen waarbij een van de sterren een witte dwerg [3] is, het eindproduct van een zonachtige ster. Als de druk in het centrum van zulke witte dwergen, die zich gedragen als vampiers die materie van hun begeleider opzuigen, te ver oploopt voordat ze een bepaalde massa bereiken, worden ze instabiel en exploderen. [4]

Dit is geen eenvoudig proces. Wanneer de witte dwerg zijn prooi tot zich neemt, verzamelt zich materie op het oppervlak. Als deze laag te dicht wordt, wordt hij instabiel en volgt een nova-uitbarsting. Deze mini-explosies spuwen delen van de verzamelde materie terug de ruimte in. De cruciale vraag is of de witte dwerg is staat is zwaarder te worden ondanks de uitbarstingen, dat wil zeggen, of een deel van de materie die van de begeleidende ster is afgenomen bij de witte dwerg blijft, zodat deze uiteindelijk zwaar genoeg wordt om te exploderen als een supernova.

Door de NACO-beelden te combineren met data van andere telescopen [5] konden de astronomen de afstand van het systeem berekenen – ongeveer 25.000 lichtjaar van de zon – en de intrinsieke helderheid – meer dan 10.000 keer helderder dan de zon. Dit impliceert dat de witte dwerg in dit systeem een hoge massa heeft die tegen zijn fatale limiet aanzit terwijl hij tegelijkertijd nog op hoge snelheid wordt gevoed door zijn begeleider. “Of V445 Puppis uiteindelijk zal exploderen als een supernova, of dat de huidige nova-uitbarsting die mogelijkheid heeft uitgesloten door te veel materie terug de ruimte in te slingeren is nog onduidelijk”, zegt Woudt. “Maar we hebben hier een zeer goede kandidaat voor een toekomstige type Ia supernova!”

Noten

[1] Adaptieve optiek is een techniek waarbij astronomen een beeld van een object kunnen krijgen dat geen last heeft van het vervagende effect van de atmosfeer. Zie de ESO’s pagina over adaptieve optica: http://www.eso.org/public/astronomy/technology/adaptive_optics.html
[2] Zie bijvoorbeeld: http://www.eso.org/~bleibund/papers/EPN/epn.html
[3] Witte dwergen zijn het evolutionaire eindproduct van sterren met een massa van maximaal een paar zonsmassa’s. Een witte dwerg is de uitgebrande sterkern die overblijft wanneer een ster zoals de zon zijn buitenste lagen aan het eind van zijn actieve leven zijn buitenste lagen verliest. Een witte dwerg bestaat vooral uit koolstof en zuurstof. Dit proces leidt normaalgesproken ook tot de vorming van een planetaire nevel rond de witte dwerg.
[4] Deze Chandrasekhar limiet, genoemd naar de Indiase fysicus Subrahmanyan Chandrasekhar is bijna 1,4 keer de massa van de zon. Als de druk in een witte dwerg te hoog oploopt voordat hij deze limiet bereikt - door het opzuigen van materie van zijn begeleider of door fusie met een andere witte dwerg- wordt hij een thermonucleaire bom die explosief koolstof en zuurstof zal branden.
[5] Het team heeft ook gebruik gemaakt van het SOFI-instrument van ESO’s New Technology Telescope, de IMACS-spectrograaf van de 6,5-meter Magellan Baade telescoop, en de Infrared Survey Facility en de SIRIUS-camera op het Sutherland-station van de South African Astronomical Observatory.

Meer informatie

De onderzoeksresultaten worden gepresenteerd in een paper die verschijnt in Astrophysical Journal, vol. 706, p. 738 op 20 november 2009 (“The expanding bipolar shell of the helium nova V445 Puppis”, by P. A. Woudt et al.).

Het team bestaat uit P. A. Woudt en B. Warner (University of Cape Town, Zuid-Afrika), D. Steeghs en T. R. Marsh (University of Warwick, UK), M. Karovska en G. H. A. Roelofs (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge MA, USA), P. J. Groot en G. Nelemans (Radboud Universiteit Nijmegen, Nederland), T. Nagayama (Kyoto University, Japan), D. P. Smits (University of South Africa, Zuid-Afrika), en T. O’Brien (University of Manchester, UK).

ESO, de Europese Zuidelijke Sterrenwacht, is de belangrijkste intergouvernementele sterrenkundeorganisatie in Europa en wereldwijd het meest productieve astronomische observatorium. ESO wordt ondersteund door 14 landen: België, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland. ESO voert een ambitieus programma uit gericht op het ontwerp, de bouw en de exploitatie van krachtige grondobservatoria die astronomen in staat stellen om belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen te doen. ESO speelt ook een leidende rol in het bevorderen en organiseren van samenwerking in het sterrenkundig onderzoek. ESO exploiteert drie observatielocaties van wereldklasse in Chili: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal exploiteert ESO de Very Large Telescope (VLT), 's werelds meest geavanceerde optische observatorium en ESO is de Europese partner van de revolutionaire telescoop ALMA. ESO is momenteel bezig met ontwerpstudies voor de 42-meter Europese Extremely Large optische/nabij-infrarood Telescoop ( E-ELT), die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.

Links

• Research paper: http://arxiv.org/abs/0910.1069

Contact

Patrick Woudt
University of Cape Town
Cape Town, South Africa
Tel: +27 21 650 5830
E-mail: Patrick.Woudt@uct.ac.za

Danny Steeghs
University of Warwick
Warwick, UK
Tel: +44 (0)2476 573873
Mob: +44 (0)78 45555979
E-mail: D.T.H.Steeghs@warwick.ac.uk

Rodrigo Alvarez (press contact België)
ESO Science Outreach Network en Planetarium, Royal Observatory of Belgium
Tel: +32-2-474 70 50
E-mail: eson-belgië@eso.org

Connect with ESO on social media