James Webb Space Telescope onderzoeksteam, met medewerking van de VUB, detecteert straling van in nevel gehulde neutronenster in de iconische supernova SN 1987A
Supernovae zijn het spectaculaire eindresultaat van de instorting van sterren die meer dan 8-10 keer de massa van de zon hebben. Bij dit proces ontstaan chemische elementen zoals koolstof, zuurstof, silicium en ijzer die leven mogelijk maken. Supernovae zijn echter ook verantwoordelijk voor het creëren van neutronensterren en zwarte gaten, de meest exotische objecten in het universum.
Supernova 1987A (of SN 1987A kort genoemd) ontplofte op 23 februari 1987 in de Grote Magelhaense Wolk aan de zuidelijke hemel op een afstand van 160.000 lichtjaar. Het was de dichtstbijzijnde supernova die ook met het blote oog waarneembaar was in meer dan 400 jaar . Moderne observatoria gaven astronomen een ongekend close-up beeld van deze supernova-explosie. Ondanks dat het een van de meest bestudeerde objecten aan de hemel is, heeft SN 1987A nog steeds zijn mysteries. Eén van de meest intrigerende vragen is 'wat bleef er over van de geëxplodeerde ster?' De detectie van neutrino's, onvoorstelbaar kleine subatomaire deeltjes geproduceerd in de supernova, duidde erop dat een neutronenster moest zijn gevormd. Of de neutronenster aanhield of instortte tot een zwart gat bleef echter een groot vraagteken. Zelfs na drieënhalve decennia van intensieve monitoring met geavanceerde, wereldklasse observatoria werd er geen doorslaggevend bewijs gevonden voor de aanwezigheid van een neutronenster in het centrum van SN 1987A. Tot nu.
In een nieuwe publicatie in het tijdschrift Science, kondigt een internationaal team van astronomen aan wat ze hebben ontdekt met de krachtige James Webb Space Telescope (JWST). Observaties met de JWST-instrumenten Mid- Infra Red Instrument (MIRI) en Near Infra Red Spectrometer (NIRSpec) onthulden licht dat wordt uitgezonden door geïoniseerd argon en zwavel in het centrum van het supernovarestant (zie Figs. 1 en 2). Dankzij de ruimtelijke resolutie van de JWST en het vermogen om nauwkeurig de snelheid van de emissiebron te bepalen, weten we dat deze zich zeer dicht bij het centrum bevindt waar de explosie in 1987 plaatsvond. Dat is precies wat wordt verwacht van een compacte centrale stellaire restant, aangezien het merendeel van de exploderende ster weggeblazen werd met snelheden tot 10.000 km/seconde en zich reeds op grote afstand van het centrum bevindt. Het ioniseren van argon en zwavel vereist energieke fotonen, zoals UV- en röntgenstraling, van een compacte bron in het centrum. We zien dus de unieke handtekening van een nieuw gecreëerde neutronenster, zoals voorspeld werd in 1992. Volgens de onderzoekers is die straling afkomstig van de miljoen graden hete neutronenster zelf of van energetische deeltjes in een sterk magnetisch veld van een zeer snel draaiende neutronenster (zgn. pulsarwindnevel).
“Hoewel er te veel materiaal rond de neutronenster zwermt om de neutronenster direct te kunnen zien, kunnen we ze met de spectrometers van de JWST dus wel indirect waarnemen.“ zegt VUB professor Joris Blommaert van de Astronomy and Astrophysics Research Group van de Vrije Universiteit Brussel, en coauteur van de publicatie. “We kunnen een beeld maken, en voor elke pixel in dat beeld krijgen we een spectrum van elektromagnetische straling. Dat laat toe om de straling precies in kaart te brengen, en haar bron te lokaliseren.” voegt Joris Blommaert toe. Blommaert werkte al sinds de beginjaren 2000 mee aan de ontwikkeling van MIRI, dat cruciaal was bij de waarneming van de spectra. “Dankzij onze bijdrage aan MIRI, kregen we observatietijd op de JWST om SN1987A te bestuderen die eindelijk toeliet om sterke bewijzen te verzamelen voor het bestaan van de centrale neutronen ster” concludeert Blommaert.
Aan de studie deden 34 auteurs uit 12 verschillende Europese landen en de Verenigde Staten mee.
Referentie: C. Fransson et al., Emission lines due to ionizing radiation from a compact object in the remnant of Supernova 1987A. Science 383, 898-903(2024). DOI:10.1126/science.adj5796
Contact:
Joris Blommaert
Joris.blommaert@vub.be
Tel: 0498 126422
NIRSpec werd gebouwd voor de European Space Agency door Airbus Industries; het micro-shutter assemblage en detector subsystemen werden geleverd door NASA. MIRI-ontwikkeling was een gelijke samenwerking tussen Europese en Amerikaanse partners.
Het MIRI optische systeem werd gebouwd door een consortium van Europese partners uit België, Denemarken, Frankrijk, Duitsland, Ierland, Nederland, Spanje, Zweden, Zwitserland en het Verenigd Koninkrijk. EADS-Astrium (nu Airbus Defence and Space) verzorgde het projectkantoor en het management. De volledige instrumententest werd uitgevoerd bij Rutherford Appleton Laboratory. Het Jet Propulsion Laboratory (JPL) leverde de kerninstrumentvluchtsoftware, het detectorsysteem inclusief infrarooddetectoren verkregen van Raytheon Vision Systems, werkte samen met Northrop Grumman Aerospace Systems aan de ontwikkeling en test van de koeler, en beheerde de inspanning in de Verenigde Staten.
