Spannende Geschichte: Zum ersten Mal ist es Astronomen, im Rahmen des Young Supernova Experiments (YSE), gelungen, einen roten Überriesen während seiner letzten 130 Tage vor einer Supernova-Explosion zu beobachten.
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Mit Hilfe des Pan-STARRS-Teleskops am Haleakala-Observatorium auf Hawaii entdeckte das YSE-Team den als Supernova zum Untergang verurteilten massereichen Stern erstmals im Sommer 2020 anhand der enormen Lichtmenge, die von dem roten Überriesen vor seiner Explosion ausging. Einige Monate später, im Herbst 2020, erhellte eine Supernova den Himmel.
Das Team konnte den gewaltigen Lichtblitz einfangen und mit dem niedrig auflösenden abbildenden Spektrometer (Low Resolution Imaging Spectrometer, LRIS) des W. M. Keck-Observatoriums das allererste Spektrum der energiereichen Explosion mit der Bezeichnung Supernova 2020tlf (SN 2020tlf) erstellen. Die Daten zeigten direkte Beweise für dichtes zirkumstellares Material, das den Stern zum Zeitpunkt der Explosion umgab. Dabei handelt es sich wahrscheinlich um dasselbe Gas, das Pan-STARRS bereits im Sommer beim heftigen Ausstoß des roten Überriesensterns aufgenommen hatte. Ryan Foley, Assistenzprofessor für Astronomie und Astrophysik an der UC Santa Cruz, der die Gruppe leitet, sagte dazu:
Wir haben endlich den Todeskampf dieser relativ häufigen Art von Sternexplosion entdeckt. Dies war nur dank des Young Supernova Experiment möglich, das in der Lage ist, subtile Veränderungen bei sehr schwachen und weit entfernten Sternen zu erkennen.
Das Forscherteam veröffentlichte seine Ergebnisse am 6. Januar in der Fachzeitschrift Astrophysical Journal. Der Hauptautor der Studie, Wynn Jacobson-Galán, ein ehemaliger UCSC-Absolvent und NSF Graduate Research Fellow an der UC Berkeley, sagte dazu:
Dies ist ein Durchbruch in unserem Verständnis dessen, was bei massereichen Sterne kurz vor ihrem Tod als Supernova passiert. Der direkte Nachweis von Aktivität vor einer Supernova in einem Roten Überriesen wurde noch nie zuvor bei einer gewöhnlichen Supernova vom Typ II beobachtet. Zum ersten Mal haben wir einen roten Überriesenstern explodieren sehen!
Als die Daten vom Teleskop kamen, sah ich die verräterischen Anzeichen einer Supernova, die kurz vor der Explosion in Material eindrang, das vom Stern weggeschleudert wurde.
Die Erstautorin Raffaella Margutti, außerordentliche Professorin für Astronomie an der UC Berkeley, meint dazu:
Keck hat den direkten Nachweis erbracht, dass ein massereicher Stern in eine Supernova-Explosion übergeht. Es ist, als würde man eine tickende Zeitbombe beobachten. Wir haben noch nie eine derart heftige Aktivität in einem sterbenden roten Überriesenstern bestätigt, bei der wir sehen, wie er eine derartig leuchtende Emission erzeugt, dann kollabiert und verbrennt, bis jetzt.
Die Entdeckung widerspricht bisherigen Vorstellungen darüber, wie sich rote Überriesensterne kurz vor ihrem Aufblähen entwickeln. Bisher waren alle roten Überriesen, die vor ihrer Explosion beobachtet wurden, relativ ruhig – sie zeigten keine Anzeichen für heftige Ausbrüche oder leuchtende Emissionen, wie sie vor SN 2020tlf beobachtet wurden. Diese neue Entdeckung von heller Strahlung, die von einem roten Überriesen im letzten Jahr vor der Explosion ausgeht, deutet jedoch darauf hin, dass zumindest einige dieser Sterne erhebliche Veränderungen in ihrer inneren Struktur durchlaufen müssen, die dann zu einem turbulenten Gasausstoß kurz vor dem Kollaps führen.
Die Entdeckung des Teams ebnet einen Weg für transiente Durchmusterungen wie YSE, um nach leuchtender Strahlung von Roten Überriesen zu suchen und mehr Beweise dafür zu sammeln, dass ein solches Verhalten den bevorstehenden Supernova-Untergang eines massereichen Sterns signalisieren könnte.
Das Team beobachtete SN 2020tlf auch nach der Explosion weiter. Anhand von Daten des DEep Imaging and Multi-Object Spectrograph (DEIMOS) und des Near Infrared Echellette Spectrograph (NIRES) des Keck-Observatoriums stellten sie fest, dass der Vorgängerstern von SN 2020tlf, der sich in der etwa 120 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie NGC 5731 befindet, zehnmal massereicher war als die Sonne.
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