Utilizzando due telescopi delle Hawaii, l'Istituto pan-STARRS dell'Università delle Hawaii su Haleakalā, Maui e l'Osservatorio W.M. Keck di Maunakea, sull'isola delle Hawaii, un team di ricercatori che conduce l'indagine transitoria Young Supernova Experiment (YSE) ha osservato la supergigante rossa durante i suoi ultimi 130 giorni prima della sua detonazione mortale.
"Questa è una svolta nella nostra comprensione di ciò che le stelle massicce fanno pochi istanti prima di morire", ha affermato Wynn Jacobson-Galán, un NSF Graduate Research Fellow presso la UC Berkeley e autore principale dello studio. "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!"
Pan-STARRS ha rilevato per la prima volta la stella massiccia nell'estate del 2020 attraverso l'enorme quantità di luce irradiata dalla supergigante rossa. Pochi mesi dopo, nell'autunno del 2020, una supernova ha illuminato il cielo.
Il team ha rapidamente catturato il potente flash e ha ottenuto il primo spettro dell'esplosione energetica, chiamato supernova 2020tlf, o SN 2020tlf, utilizzando lo spettrometro di imaging a bassa risoluzione (LRIS) dell'Osservatorio Keck. I dati hanno mostrato prove dirette di materiale circumstellare denso che circondava la stella al momento dell'esplosione, probabilmente lo stesso gas che Pan-STARRS aveva fotografato espulso violentemente dalla stella supergigante rossa, all'inizio dell'estate.
"Keck è stato determinante nel fornire prove dirette di una stella massiccia che si trasforma in un'esplosione di supernova", ha affermato l'autrice senior Raffaella Margutti, professore associato di astronomia alla UC Berkeley. "È come guardare una bomba a orologeria. Non abbiamo mai confermato un'attività così violenta in una stella supergigante rossa morente mentre la vediamo produrre un'emissione così luminosa, poi collassare e bruciare, fino ad ora".
Il team ha continuato a monitorare SN 2020tlf dopo l'esplosione; sulla base dei dati ottenuti dal DEep Imaging and Multi-Object Spectrograph (DEIMOS) del Keck Observatory e dal Near Infrared Echellette Spectrograph (NIRES), hanno determinato che la stella supergigante rossa progenitrice di SN 2020tlf, situata nella galassia NGC 5731 a circa 120 milioni di anni luce di distanza dalla Terra, era 10 volte più massiccia del Sole.
La scoperta sfida le idee precedenti su come le stelle supergiganti rosse si evolvono proprio prima di esplodere. Tutte le supergiganti rosse osservate in precedenza, prima di esplodere, erano relativamente quiescenti: non mostravano prove di eruzioni violente o di emissioni luminose, come è stato osservato prima della formazione di SN 2020tlf. Tuttavia, questa nuova rilevazione di radiazioni luminose provenienti da una supergigante rossa nell'ultimo anno prima di esplodere, suggerisce che almeno alcune di queste stelle devono subire cambiamenti significativi nella loro struttura interna che poi si traducono nella tumultuosa espulsione di gas pochi istanti prima che collassino.
Margutti e Jacobson-Galán hanno condotto la maggior parte dello studio durante il loro periodo alla Northwestern University, con Margutti come professore associato di fisica e astronomia e membro del CIERA (Centro per l'esplorazione interdisciplinare e la ricerca in astrofisica), e Jacobson-Galán come studente laureato.
La scoperta del team apre la strada a indagini transitorie come YSE per cercare la radiazione luminosa proveniente da supergiganti rosse e raccogliere ulteriori prove che tale comportamento potrebbe segnalare l'imminente scomparsa di una stella massiccia.