Sterren die ineens oplichten: zo spot je een supernova in recordtijd

Je kijkt vanaf de camping omhoog naar de nachtelijke hemel en plots verschijnt er een felle lichtflits. Wat je ziet, is een supernova: de spectaculaire explosie van een ster. Het is zoiets zeldzaams dat het maar moeilijk te onderzoeken is. Maar dankzij moderne telescopen die continu de hemel afspeuren, ontdekken wetenschappers tegenwoordig bijna dagelijks nieuwe supernova’s.

Om echt te begrijpen wat er gebeurt, moeten astronomen de explosie zo vroeg mogelijk vastleggen. Een nieuwe studie van Lluís Galbany van het Institute of Space Sciences (ICE-CSIC) in Barcelona laat zien hoe dat kan. Soms lukt het al binnen enkele uren na de eerste lichtflits om een nieuwe supernova aan te wijzen.

Witte dwergen
Supernova’s zijn enorme knallen die het einde van een ster inluiden. Galbany legt uit dat er grofweg twee categorieën zijn: “Thermonucleaire supernova’s ontstaan uit sterren waarvan de oorspronkelijke massa niet meer dan acht zonnemassa’s bedraagt. Het laatste evolutionaire stadium van deze sterren vóór de supernova is de witte dwerg. Dit is een heel oud ruimteobject dat geen actieve kern meer heeft die warmte produceert. Witte dwergen kunnen lang stabiel blijven dankzij een kwantumeffect dat elektron-ontaardingsdruk wordt genoemd.” Wanneer zo’n witte dwerg in een dubbelstersysteem materie van zijn naburige ster opslurpt, kan de druk zo hoog oplopen dat hij uiteindelijk ontploft.

De tweede groep bestaat uit veel massievere sterren boven de acht zonnemassa’s. “Ze stralen dankzij de kernfusie in hun kern, maar op den duur zijn de zwaardere atomen in de kern grotendeels opgebrand. Er komt een punt waarop verdere fusie geen energie meer oplevert en dan stort de kern in”, vertelt Galbany. “Op dat moment zakt de ster door zijn hoeven, omdat de zwaartekracht niet langer in evenwicht wordt gehouden. De snelle samentrekking verhoogt de interne druk enorm en veroorzaakt een gigantische explosie.”

Het belang van snelle detectie
De eerste uren en dagen na de explosie zendt de nieuwbakken supernova cruciale informatie uit. Dit helpt astronomen om te bepalen welk explosiemodel het dichtst bij de waarheid zit en welke omstandigheden voorafgingen aan de knal. “Hoe eerder we ze zien, hoe beter”, zegt Galbany. Vroeger werden de meeste supernova’s pas dagen of weken later opgemerkt. Nu maken grootschalige, razendsnelle sky surveys het mogelijk om ze al na enkele uren of dagen te lokaliseren.

Voorbeeld van observatie die in studie is gebruikt. Bron: Albany et al, JCAP, 2025

Race tegen de klok
Galbany en zijn team ontwikkelden een methode om snel in actie te kunnen komen. Hun protocol begint met het opsporen van lichtpunten die de nacht ervoor nog ontbraken en die zich binnen een sterrenstelsel bevinden. Zodra zo’n kandidaat gevonden is, schakelen ze de OSIRIS-spectrograaf op de Gran Telescopio de Canarias in om gedetailleerde data binnen te hengelen. “Het spectrum van de supernova vertelt ons bijvoorbeeld of er waterstof aanwezig was in de ster. Als dat zo is dan weten we dat we te maken hebben met een kerninstortingssupernova”, legt Galbany uit. Door spectra te combineren met lichtmetingen van andere observatoria, zoals de Zwicky Transient Facility (ZTF) en ATLAS, krijgen ze een compleet beeld van de eerste uren en dagen van een supernova.

Nieuw tijdperk
In dit eerste onderzoek lukte het om twee supernova’s binnen 48 uur te analyseren. Dat smaakt naar meer. “Wat we zojuist hebben gepubliceerd is een pilotstudie”, zegt Galbany. “We weten nu dat het realistisch is om binnen een dag na de explosie al met telescopen in te zoomen op het spectaculaire tafereel. Zo kunnen we een schat aan gegevens verzamelen die tot voor kort aan onze neus voorbij gingen. We zijn nu in staat om systematische studies op te zetten met als doel om mee te kijken met de allervroegste fasen van supernova’s en uit te pluizen wat er nu precies gebeurt tijdens deze eerste uren en dagen. Hiervoor gebruiken we onder andere de La Silla Southern Supernova Survey (LS4) en de Legacy Survey of Space and Time (LSST), die beide in Chili staan te draaien.”

Met deze nieuwe handelswijze lijkt het tijdperk aangebroken waarin we de geboorte van een supernova vrijwel live kunnen volgen, een unicum in de sterrenkunde.