Herwaardering van M31-2014-DS1: Waarom de 'verdwijnende' ster van Andromeda theorieën over mislukte supernova's uitdaagt

Herwaardering van M31-2014-DS1: Waarom de 'verdwijnende' ster van Andromeda de theorieën over gefaalde supernova's uitdaagt

In 2014 waren astronomen die het Andromeda-stelsel (M31) observeerden getuige van een zeldzame en verbijsterende kosmische verdwijning. Een massieve gele superreus, aangeduid als M31-2014-DS1, begon snel te vervagen en verdween uiteindelijk uit het optische zicht. Jarenlang suggereerde de leidende wetenschappelijke consensus dat dit een "gefaalde supernova" was — een dramatische gebeurtenis waarbij een massieve ster een schitterende explosie overslaat en direct instort tot een zwart gat. Een nieuwe studie door Noam Soker van het Technion - Israel Institute of Technology suggereert echter dat deze "verdwijntruc" misschien niet is wat het lijkt. Door de fysieke parameters die nodig zijn voor het optreden van een gefaalde supernova opnieuw te evalueren, stelt Soker dat dit scenario wiskundig onwaarschijnlijk is en dat de ster er mogelijk nog steeds is, enkel verborgen achter een sluier van kosmisch stof.

De hypothese van de gefaalde supernova

Het concept van een gefaalde supernova is een hoeksteen van het moderne "door neutrino's aangedreven" mechanisme van stellaire sterfte. In dit model voert de resulterende vloed van neutrino's een aanzienlijke hoeveelheid massa-energie af wanneer de kern van een massieve ster instort. Dit plotselinge verlies aan zwaartekracht zorgt ervoor dat de buitenste lagen van de ster uitdijen. Terwijl het grootste deel van de ster instort tot een zwart gat, wordt een klein fractie van de omhulling de ruimte in geslingerd, waarbij een deel van het materiaal uiteindelijk terugvalt naar de nieuw gevormde singulariteit. Er wordt getheoretiseerd dat dit "fallback"-materiaal een accretieschijf vormt, die zwakke jets en een transiënt verschijnsel met een lage lichtkracht aandrijft dat de schittering van een standaard supernova mist.

Voor M31-2014-DS1 hadden onderzoekers eerder voorgesteld dat precies deze reeks gebeurtenissen had plaatsgevonden, met een zwart gat van ongeveer vijf zonsmassa's als resultaat. De aantrekkingskracht van deze theorie ligt in het vermogen om te verklaren waarom sommige van de meest massieve sterren in het heelal lijken te verdwijnen zonder het verwachte vuurwerk. Het helpt ook bij het verklaren van het probleem van de "ontbrekende rode superreus" — de waarneming dat we minder supernova-progenitoren met een hoge massa zien dan modellen voor stellaire evolutie voorspellen.

De uitdaging van fijnafstemming

In zijn nieuwste onderzoek betwist Noam Soker de haalbaarheid van dit model en typeert hij het als een "gefaald gefaalde-supernova-scenario". Volgens Soker zijn de specifieke voorwaarden die vereist zijn om overeen te komen met de waarnemingen van M31-2014-DS1 ongelooflijk nauw en fysiek onwaarschijnlijk. Het model van de gefaalde supernova vereist dat minder dan 1% van het gebonden fallback-materiaal daadwerkelijk door het zwarte gat wordt geaccreteerd. Als er meer materiaal zou worden geconsumeerd, zouden de resulterende jets veel energieker zijn dan wat in Andromeda werd waargenomen.

Soker wijst op een flagrante tegenstrijdigheid in de timing van deze gebeurtenis. Het voorgestelde model suggereert dat de door accretie aangedreven jets gedurende meer dan een decennium actief moeten blijven om de lichtcurve te verklaren, maar toch moeten deze zelfde jets er op de een of andere manier niet in slagen om de instroom van gas voor diezelfde duur te stoppen. "Ik vind deze vereiste van fijnafstemming onwaarschijnlijk", schrijft Soker in zijn analyse, waarbij hij opmerkt dat de fysieke feedbackloops tussen accreterend gas en uitgaande jets dergelijke systemen doorgaans veel agressiever reguleren. De waarschijnlijkheid dat een systeem een dergelijke delicate, tien jaar durende onbalans handhaaft, is naar de mening van Soker bijna nul.

Convectie en fluctuaties in het impulsmoment

Een aanzienlijk deel van Sokers kritiek richt zich op de rol van convectie vóór de ineenstorting binnen de gele superreus. Voordat een ster instort, zijn de buitenste lagen een kokende ketel van convectiecellen. Deze cellen bezitten een stochastisch — of willekeurig — impulsmoment. Wanneer de ster instort, verdwijnt deze "werveling" niet zomaar; het dicteert hoe het fallback-materiaal reageert met het zwarte gat.

Soker betoogt dat zelfs als de ster als geheel langzaam roteerde, de interne turbulentie voldoende zou zijn om met tussenpozen accretieschijven te vormen. Deze schijven zouden onvermijdelijk jets lanceren via een proces dat Soker identificeert als het Jittering Jets Explosion Mechanism (JJEM). "Het fallback-materiaal bezit grote fluctuaties in het impulsmoment als gevolg van de convectie in de omhulling vóór de ineenstorting," legt Soker uit. Zijn berekeningen suggereren dat deze fluctuaties jets zouden produceren die krachtig genoeg zijn om een veel helderdere explosie te veroorzaken, in plaats van de zwakke, vervagende gloed die in 2014 werd waargenomen. Het feit dat M31-2014-DS1 niet briljant explodeerde, suggereert dat er mogelijk helemaal geen kern-instorting heeft plaatsgevonden.

Radiatieve discrepanties en alternatieve scenario's

Naast de mechanica van accretie identificeert Soker een discrepantie in het waargenomen licht. In een scenario van een gefaalde supernova zou de interactie tussen de uitgaande jets en het omringende stellaire gas aanzienlijke straling moeten produceren terwijl het materiaal afkoelt. Sokers analyse wees echter uit dat de verwachte straling van een dergelijke afkoelingszone minstens een orde van grootte hoger zou zijn dan de waarden die door telescopen zijn gedetecteerd. Deze discrepantie verzwakt de argumenten voor de geboorte van een zwart gat verder.

Dus, als het geen gefaalde supernova was, wat is er dan met de ster gebeurd? Soker wijst naar een alternatief: een Type II Intermediate-Luminosity Optical Transient (ILOT). In dit scenario maakt de ster deel uit van een binair systeem dat een gewelddadige interactie of een gedeeltelijke samensmelting heeft ondergaan. Dergelijke gebeurtenissen kunnen enorme hoeveelheden gas uitstoten die snel condenseren tot stof. Dit stof fungeert als een kosmische "sluier", die het licht van de ster blokkeert en het doet lijken alsof deze is verdwenen. "Vervaging is te wijten aan stofuitstoot bij een gewelddadige binaire interactie," suggereert Soker, waarbij hij opmerkt dat deze verklaring past bij de waargenomen gegevens zonder dat er "onwaarschijnlijke, fijn afgestemde parameters" nodig zijn.

Implicaties voor stellaire evolutie

Het debat over M31-2014-DS1 heeft diepgaande gevolgen voor ons begrip van de levenscycli van de meest massieve sterren in het heelal. Als gefaalde supernova's zo zeldzaam zijn als Soker suggereert, zou dit betekenen dat de meeste massieve sterren hun leven inderdaad beëindigen in heldere explosies, en dat onze huidige "door neutrino's aangedreven" modellen mogelijk aanzienlijk moeten worden herzien. Het zou ook suggereren dat de "ontbrekende" progenitoren niet verdwijnen in zwarte gaten, maar misschien worden verduisterd door hun eigen massaverlies in een laat stadium of door binaire interacties.

Sokers werk sluit aan bij andere recente studies, zoals die van Beasor et al. (2026), die gebruikmaken van gegevens van de James Webb Space Telescope (JWST) en de Submillimeter Array (SMA). Deze waarnemingen hebben de hoogenergetische signalen — zoals specifieke röntgenfluxen — die men zou verwachten van een nieuw gevormd zwart gat dat actief materie accreteert, niet kunnen detecteren. In plaats daarvan suggereren de infraroodgegevens een niet-sferische verdeling van stof, een kenmerk van interacties tussen dubbelsterren in plaats van de meer symmetrische ineenstorting van een enkele ster.

Wat volgt voor het Andromeda-mysterie

De ultieme test voor Sokers "gefaalde-gefaalde-supernova"-theorie zal de tijd zijn. Als de ster simpelweg verborgen is achter een schil van stof die is uitgestoten tijdens een binaire interactie, zal dat stof uiteindelijk uitdijen en dunner worden, of de ster zal zich voorbij de sluier verplaatsen. Soker heeft eerder voorspeld dat M31-2014-DS1 uiteindelijk weer zal verschijnen, een "wederopstanding" die de theorie van de ineenstorting tot een zwart gat definitief zou weerleggen.

Toekomstig onderzoek zal zich richten op langdurige monitoring van de locatie in infrarood- en radiogolflengten. Terwijl telescopen zoals de JWST door het stof van het Andromeda-stelsel blijven turen, hopen astronomen het doorslaggevende bewijs te vinden — ofwel de zwakke, aanhoudende hitte van een verborgen binair systeem, ofwel de onmiskenbare stilte van een zwart gat. Voorlopig blijft het geval van de verdwijnende superreus een waarschuwend verhaal over de complexiteit van stellaire sterfte en de gevaren van de aanname dat wanneer een ster verdwijnt, deze voorgoed weg is.