Billedkredit: Gemini
Ligesom en læge, der prøver at forstå en ældre patients pludselige død, har astronomer opnået de mest detaljerede observationer nogensinde af en gammel, men ellers normal massiv stjerne lige før og efter dens liv sluttede i en spektakulær supernova-eksplosion.
Billedet af Gemini-observatoriet og Hubble-rumteleskopet (HST) mindre end et år før den gigantiske eksplosion, er stjernen placeret i den nærliggende galakse M-74 i stjernebilledet Fiskene. Disse observationer gjorde det muligt for et team af europæiske astronomer ledet af Dr. Stephen Smartt fra University of Cambridge, England at verificere teoretiske modeller, der viser, hvordan en stjerne som denne kan imødekomme en så voldsom skæbne.
Resultaterne blev offentliggjort i 23. januar 2004-udgaven af tidsskriftet Science. Dette arbejde giver den første bekræftelse af den langvarige teori om, at nogle af de mest massive (endnu normale) gamle stjerner i universet ender deres liv i voldsomme supernovaeksplosioner.
”Man kan hævde, at en vis mængde held eller serendipity var involveret i denne konstatering,” sagde Dr. Smartt. ”Vi har dog søgt efter denne form for normal afkomstjerne på dens dødsleje i nogen tid. Jeg kan godt lide at tro, at det at finde de fantastiske Gemini- og HST-data for denne stjerne er en bekræftelse af vores forudsigelse af, at vi en dag skulle finde en af disse stjerner i de enorme dataarkiver, der nu findes. ” Klik her for mere information om Dr. Smartts igangværende supernova-program.
I løbet af de sidste par år har Smartt's forskerteam brugt de mest kraftfulde teleskoper, både i rummet og på jorden, til at afbilde hundredevis af galakser i håb om, at en af de millioner af stjerner i disse galakser en dag eksploderer som en supernova . I dette tilfælde gjorde den berømte australske amatørsupernovajæger, pastor Robert Evans, den første opdagelse af eksplosionen (identificeret som SN203gd), mens han scannede galakser med et 12-tommer (31 cm) baghavet teleskop fra sit hjem i New South Wales, Australien i Juni 2003.
Efter Evans opdagelse fulgte Dr. Smartt's team hurtigt op med detaljerede observationer ved hjælp af Hubble-rumteleskopet. Disse observationer bekræftede den nøjagtige placering af den originale eller "stamfader" -stjerne. Ved hjælp af disse positionsdata graves Smartt og hans team gennem dataarkiver og opdagede, at observationer fra Gemini-observatoriet og HST indeholdt en kombination af data, der var nødvendige for at afsløre arten af stamfader.
Gemini-dataene blev opnået under idriftsættelsen af Gemini Multi-Object Spectrograph (GMOS) på Mauna Kea, Hawaii i 2001. Disse data blev også brugt til at producere et fantastisk højopløsningsbillede af galaksen, der tydeligt viser den røde stamfaderstjerne. Klik her for den fulde opløsning Gemini-billede.
Bevæbnet med de tidligere observationer fra Gemini og HST Smartt's team var i stand til at demonstrere, at forfæderstjernen var, hvad astronomer klassificerer som en normal rød supergiant. Før den eksploderede, syntes denne stjerne at have en masse, der var ca. 10 gange større, og en diameter, der er ca. 500 gange større end vores sol. Hvis vores sol var på størrelse med efterkommere, ville den indhylle hele det indre solsystem til omkring planeten Mars.
Røde supergiante stjerner er ret almindelige i universet, og et fremragende eksempel kan let ses i løbet af januar fra næsten hvor som helst på Jorden ved at se på Betelgeuse, den lyserøde skulderstjerne i stjernebilledet Orion (se findertabellen her.) Ligesom SN2003gd, det antages, at Betelgeuse kunne møde den samme eksplosive skæbne når som helst fra næste uge til tusinder af år fra nu.
Efter at SN2003gd eksploderede, observerede teamet sit gradvist falmende lys i flere måneder ved hjælp af Isaac Newton-gruppen af teleskoper på La Palma. Disse observationer demonstrerede, at dette var en normal type II supernova, hvilket betyder, at det sprøjtede materiale fra eksplosionen er rig på brint. Computermodeller udviklet af astronomer har længe forudsagt, at røde supergiganter med udvidede, tykke atmosfære af brint ville producere disse type II-supernovaer, men indtil nu har ikke haft de observationsbeviser for at sikkerhedskopiere deres teorier. Dog den fantastiske opløsning og dybde af Gemini og Hubble-billederne gjorde det muligt for Smartt-teamet at estimere temperaturen, lysstyrken, radius og massen af denne stamfaderstjerne og afsløre, at det var en normal stor, gammel stjerne. ”I bund og grund er, at disse iagttagelser giver en stærk bekræftelse af, at teorierne for både stellar evolution og oprindelsen af disse kosmiske eksplosioner er korrekte,” sagde medforfatter Seppo Mattila fra Stockholm Observatory.
Dette er kun tredje gang, astronomer faktisk har set forfader til en bekræftet supernovaeksplosion. De andre var særegne type II-supernovaer: SN 1987A, der havde en blå supergiant efterkommere, og SN 1993J, som kom ud af et massivt interagerende binært stjernesystem. Klik her for flere detaljer.
Dr. Smartt konkluderer, ”Supernova-eksplosioner producerer og distribuerer de kemiske elementer, der udgør alt i det synlige univers? især livet. Det er kritisk, at vi ved, hvilken type stjerner der producerer disse byggesten, hvis vi skal forstå vores oprindelse. ”
Arkiverede Gemini- og HST-data var kritiske for succes med dette projekt. ”Denne opdagelse er et perfekt eksempel på arkivdataens enorme værdi for nye videnskabelige projekter,” sagde Dr. Colin Aspin, der er Gemini-videnskabsmand, der er ansvarlig for udviklingen af Gemini Science Archive (GSA). Han fortsatte, "denne opdagelse demonstrerer de spektakulære resultater, der kan realiseres ved hjælp af arkivdata og understreger vigtigheden af at udvikle GSA for kommende generationer af astronomer."
Gemini Multi-Object Spectrograph, der blev brugt til at foretage Gemini-observationer, er dobbeltinstrumenter bygget som et fælles partnerskab mellem Gemini, Dominion Astrophysical Observatory, Canada, Det Forenede Kongeriges astronomiteknologicenter og Durham University, UK. Separat leverede U.S. National Optical Astronomy Observatory detektorundersystemet og relateret software. GMOS er primært designet til spektroskopiske undersøgelser, hvor flere hundrede samtidige spektre er påkrævet, såsom når man observerer stjerne- og galakse-klynger. GMOS har også evnen til at fokusere astronomiske billeder på dens array på over 28 millioner pixels.
Isaac Newton Teleskopegruppen (ING) er en etablering af Det Forenede Kongeriges Particle Physics and Astronomy Research Council (PPARC), de Nederlandse organisation for Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) i Nederlandene og Instituto de Astrof? Sica de Canarias ( IAC) i Spanien. ING betjener det 4,2 meter William Herschel-teleskop, det 2,5 meter Isaac Newton-teleskop og det 1,0 meter Jacobus Kapteyn-teleskop. Teleskopene er placeret i det spanske Roque de Los Muchachos-observatorium på La Palma, der drives af Instituto de Astrof? Sica de Canarias (IAC).
Baggrundsinformation:
Supernovaer er blandt de mest energiske fænomener observeret i hele universet. Når en stjerne på mere end omkring otte gange massen af vores sol når slutningen af dens kernebrændstofreserve, er dens kerne ikke længere stabil i at kollapse under sin egen enorme vægt. Når stjernens kerne kollapser, skubbes de ydre lag ud i en hurtig bevægelig stødbølge. Denne enorme energiudslip resulterer i en supernova, der er omkring en milliard gange lysere end vores sol, og som kan sammenlignes med lysstyrken i en hel galakse. Efter at have ødelagt sig selv bliver stjernens kerne enten en neutronstjerne eller et sort hul.
Holdet er sammensat af Stephen J. Smartt, Justyn R. Maund, Margaret A. Hendry, Christopher A. Tout og Gerald F. Gilmore (University of Cambridge, UK), Seppo Mattila (Stockholm Observatory, Sverige), og Chris R Benn (Isaac Newton-gruppen af teleskoper, Spanien).
Originalkilde: Gemini News Release
