Un team di astronomi ha osservato il dramma svolgersi attraverso gli occhi di due osservatori alle Hawaii: Pan-STARRS a Haleakala, Maui, e l'Osservatorio W.M. Keck a Maunakea, nell'isola delle Hawaii. Le loro osservazioni facevano parte dell'indagine transitoria Young Supernova Experiment (YSE). Hanno visto l'esplosione della supernova, denominata SN 2020tlf, durante gli ultimi 130 giorni precedenti alla sua detonazione.
Il titolo dell'articolo che presenta la scoperta è stato pubblicato su The Astrophysical Journal e l'autore principale è Wynn Jacobson-Galán, un NSF Graduate Research Fellow presso la UC Berkeley. "Questa è una svolta nella nostra comprensione di ciò che le stelle massicce fanno pochi istanti prima di morire", ha dichiarato Jacobson-Galán, in un comunicato stampa. "Il rilevamento diretto dell'attività pre-supernova in una stella supergigante rossa non è mai stato osservato prima in una normale supernova di tipo II. Per la prima volta, abbiamo visto esplodere una stella supergigante rossa!"
La scoperta risale all'estate del 2020. A quel tempo, la stella progenitrice ha sperimentato un drammatico aumento della luminosità. Pan-STARRS ha rilevato quella luminosità e alla fine la stella è esplosa come SN 2020tlf. Si trattava di una supernova di tipo II, in cui una stella massiccia sperimenta un rapido collasso e poi esplode.
Il team ha utilizzato lo spettrometro di imaging a bassa risoluzione (LRIS) dell'Osservatorio Keck per catturare il primo spettro della supernova. I dati LRIS hanno mostrato materiale circumstellare intorno alla stella quando è esplosa. Quel materiale è probabilmente ciò che Pan-STARRS ha visto l'estate scorsa espulso dalla stella prima che esplodesse.
"Keck è stato determinante nel fornire prove dirette di una stella massiccia che si sta trasformando in un'esplosione di supernova", ha dichiarato l'autrice senior Raffaella Margutti, professoressa associata di astronomia alla UC Berkeley. "È come guardare una bomba a orologeria. Non abbiamo mai confermato fino ad ora un'attività così violenta in una stella supergigante rossa morente in cui la vediamo produrre un'emissione così luminosa, poi collassare e bruciare".
Dopo l'esplosione, il team si è rivolto ad altri strumenti Keck per continuare le loro osservazioni. I dati del DEep Imaging and Multi-Object Spectrograph (DEIMOS) e del Near Infrared Echellette Spectrograph (NIRES) hanno mostrato che la stella progenitrice era 10 volte più massiccia del Sole. La stella si trova nella galassia NGC 5731 a circa 120 milioni di anni luce di distanza.
Le osservazioni del team hanno portato ad alcune nuove informazioni sulle supernove di tipo II e sulle loro stelle progenitrici. Prima di queste osservazioni, nessuno aveva visto una supergigante rossa mostrare un tale picco di luminosità e subire eruzioni così potenti prima di esplodere. Erano molto più placidi nei loro ultimi giorni come se accettassero il loro destino.
Le stelle supergiganti rosse espellono materiale prima del collasso del nucleo. Ma l'espulsione del materiale avviene su scale temporali molto più lunghe rispetto a SN 2020tlf. Questa supernova ha emesso materiale circumstellare (CSM) per 130 giorni prima del collasso, e questo la rende un po' un mistero. Il lampo luminoso prima dell'esplosione della stella è in qualche modo correlato al CSM espulso.
La significativa variabilità della stella che porta al collasso è sconcertante. La potente esplosione di luce proveniente dalla stella prima di esplodere suggerisce che qualcosa di sconosciuto accade nella sua struttura interna. Qualunque siano questi cambiamenti, si traducono in una mastodontica espulsione di gas prima che la stella collassi ed esploda.
Nel loro articolo, gli autori discutono di ciò che potrebbe aver causato l'espulsione di gas. Una possibilità è la perdita di massa guidata dalle onde gravitazionali, che si verifica nelle ultime fasi dell'evoluzione stellare. Nella conclusione del loro articolo, gli autori riassumono le cose in modo succinto.
"Data la gamma di massa progenitrice derivata dagli spettri nebulari, è probabile che la maggiore perdita di massa e l'emissione di precursori siano il risultato di instabilità profondamente radicate nell'interno stellare, molto probabilmente associate agli stadi finali di combustione nucleare. La deposizione di energia da onde gravitazionali generate in stadi di combustione al neon / ossigeno o un flash di silicio negli ultimi 130 giorni del progenitore potrebbe aver espulso materiale stellare che è stato poi rilevato sia nel flusso pre-esplosione che nello spettro SN del primo tempo. "
Se c'è una supernova che si comporta in questo modo, ce ne devono essere di più. I risultati del lavoro del team hanno aperto la strada per il ritrovamento di altri fenomeni simili in futuro. Se durante le loro indagini i ricercatori dovessero trovare più stelle che espellono materiale come in questo caso, allora sapranno di doverle tenere d'occhio per vedere se collassano ed esplodono.