NuSTAR finder nye spor til kamæleons supernova

"Vi er lavet af stjerneting, " sagde astronomen Carl Sagan berømt. Nukleare reaktioner, der skete i gamle stjerner, genererede meget af det materiale, der udgør vores kroppe, vores planet og vores solsystem. Når stjerner eksploderer i voldsomme dødsfald kaldet supernovaer, disse nydannede elementer undslipper og spreder sig ud i universet.

Især en supernova udfordrer astronomers modeller af, hvordan eksploderende stjerner fordeler deres grundstoffer. Supernovaen SN 2014C ændrede sig dramatisk i udseende i løbet af et år, tilsyneladende fordi den havde smidt meget materiale af sig sent i sit liv. Dette passer ikke ind i nogen anerkendt kategori af, hvordan en stjerneeksplosion skal ske. For at forklare det, videnskabsmænd må genoverveje etablerede ideer om, hvordan massive stjerner lever deres liv, før de eksploderer.

"Denne 'kamæleon-supernova' kan repræsentere en ny mekanisme for, hvordan massive stjerner leverer elementer skabt i deres kerne til resten af ​​universet, " sagde Raffaella Margutti, assisterende professor i fysik og astronomi ved Northwestern University i Evanston, Illinois. Margutti ledede en undersøgelse om supernova SN 2014C offentliggjort i denne uge i Astrofysisk tidsskrift .

Et supernova-mysterium

Astronomer klassificerer eksploderende stjerner baseret på, om der er brint til stede i begivenheden. Mens stjerner begynder deres liv med brint, der smelter sammen til helium, store stjerner, der nærmer sig en supernovadød, er løbet tør for brint som brændstof. Supernovaer, hvori meget lidt brint er til stede, kaldes "Type I". Dem, der har en overflod af brint, som er sjældnere, kaldes "Type II".

Men SN 2014C, opdaget i 2014 i en spiralgalakse omkring 36 millioner til 46 millioner lysår væk, er anderledes. Ved at se på det i optiske bølgelængder med forskellige jordbaserede teleskoper, astronomer konkluderede, at SN 2014C havde transformeret sig selv fra en Type I til en Type II supernova, efter at dens kerne kollapsede, som rapporteret i en undersøgelse fra 2015 ledet af Dan Milisavljevic ved Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i Cambridge, Massachusetts. De første observationer påviste ikke brint, men, efter cirka et år, det var tydeligt, at chokbølger, der forplantede sig fra eksplosionen, ramte en skal af brintdomineret materiale uden for stjernen.

I den nye undersøgelse, NASAs NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) satellit, med sin enestående evne til at observere stråling i det hårde røntgenenergiområde - røntgenstrålerne med den højeste energi - gjorde det muligt for forskere at se, hvordan temperaturen på elektroner accelereret af supernovachokket ændrede sig over tid. De brugte denne måling til at vurdere, hvor hurtigt supernovaen udvidede sig, og hvor meget materiale der er i den ydre skal.

For at skabe denne skal, SN 2014C gjorde noget virkelig mystisk:det kastede en masse materiale af sig - mest brint, men også tungere elementer - årtier til århundreder før de eksploderer. Faktisk, stjernen udstødte, hvad der svarer til solens masse. Normalt, stjerner smider ikke materiale fra sig så sent i deres liv.

"At udstøde dette materiale sent i livet er sandsynligvis en måde, stjerner giver elementer på, som de producerer i løbet af deres liv, tilbage til deres omgivelser, sagde Margutti, medlem af Northwesterns Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics.

NASAs Chandra- og Swift-observatorier blev også brugt til yderligere at male billedet af supernovaens udvikling. Indsamlingen af ​​observationer viste, at overraskende, supernovaen blev lysere i røntgenstråler efter den første eksplosion, demonstrere, at der skal være en skal af materiale, tidligere udstødt af stjernen, at chokbølgerne havde ramt.

Udfordre eksisterende teorier

Hvorfor skulle stjernen smide så meget brint af sig, før den eksploderede? En teori er, at der mangler noget i vores forståelse af de nukleare reaktioner, der opstår i kernerne af massive, supernova-tilbøjelige stjerner. En anden mulighed er, at stjernen ikke døde alene - en ledsagerstjerne i et binært system kan have påvirket livet og den usædvanlige død for stamfaderen til SN 2014C. Denne anden teori passer med den observation, at omkring syv ud af 10 massive stjerner har ledsagere.

Undersøgelsen tyder på, at astronomer bør være opmærksomme på massive stjerners liv i århundrederne, før de eksploderer. Astronomer vil også fortsætte med at overvåge følgerne af denne forvirrende supernova.

"Forestillingen om, at en stjerne kunne uddrive en så enorm mængde stof i et kort interval, er helt ny, " sagde Fiona Harrison, NuSTAR hovedefterforsker baseret på Caltech i Pasadena. "Det udfordrer vores grundlæggende ideer om, hvordan massive stjerner udvikler sig, og til sidst eksplodere, distribuerer de kemiske grundstoffer, der er nødvendige for livet."