Nyopdaget supernova kan omskrive teorier om eksploderende stjerneoprindelse

En supernova opdaget af en international gruppe af astronomer har givet et hidtil uset blik på de første øjeblikke af en voldsom stjerneeksplosion. Holdet, ledet af University of Hawaiʻi (UH) Institute for Astronomy's (IfA) Ben Shappee og Carnegie Observatories' Tom Holoien, fundet en mystisk signatur i lyset fra eksplosionens første timer. Deres resultater er offentliggjort i en trio af artikler i Astrofysisk tidsskrift .

Denne kategori af supernova, kaldet "Type Ia, " er grundlæggende for vores forståelse af kosmos. Deres atomovne er afgørende for at skabe mange af grundstofferne omkring os, og de bruges som kosmiske herskere til at måle afstande på tværs af universet. På trods af deres betydning, den faktiske mekanisme, der udløser en Type Ia supernova-eksplosion, har været uhåndgribelig i årtier.

Derfor er det altafgørende at fange dem på fersk gerning.

Astronomer har længe forsøgt at få detaljerede data i de første øjeblikke af eksplosionerne, med håbet om at finde ud af, hvordan disse fænomener udløses. For første gang, det lykkedes i februar i år, med opdagelsen af ​​en Type Ia supernova kaldet ASASSN-18bt (også kendt som SN 2018oh).

ASASSN-18bt blev opdaget af All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN), et internationalt netværk af teleskoper med hovedkvarter ved Ohio State University, der rutinemæssigt scanner himlen for supernovaer og andre eksplosive begivenheder. NASAs Kepler-rumteleskop var samtidig i stand til at tage supplerende data om denne begivenhed. Kepler blev designet til at være ekstremt følsom over for små ændringer i lyset til sin hovedmission med at opdage ekstrasolare planeter, så den var i stand til at få særligt detaljerede oplysninger om eksplosionens tilblivelse.

"ASASSN-18bt er den nærmeste og mest lysstærke supernova, der til dato er observeret af Kepler, så det gav en glimrende mulighed for at teste de fremherskende teorier om supernovadannelse, " sagde Shappee, der er hovedforfatter på opdagelsen og tidligt papir. "Kepler-lyskurven er fantastisk. Vi kan undersøge eksplosionen kun få timer efter, at den skete."

Ud over opdagelses- og præ-discovery-data fra ASAS-SN, to IfA himmelundersøgelser spillede også afgørende roller. Før-opdagelsesdata fra Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System (Pan-STARRS) og Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System (ATLAS) hjalp med at give kritisk information om farven på den lysende supernova. Pan-STARRS fangede endda ASASSN-18bt inden for den første dag efter eksplosionen.

Ved at kombinere data fra ASAS-SN, Kepler, Pan-STARRS, ATLAS, og teleskoper fra hele verden, astronomerne indså, at ASASSN-18bt så usædvanligt ud i løbet af de første par dage. "Mange supernovaer viser en gradvis stigning i det lys, de udsender, sagde Maria Drout, assisterende professor ved University of Toronto og tredje forfatter på opdagelsespapiret. "Men til denne begivenhed, du kunne tydeligt se noget usædvanligt og spændende ske i de tidlige tider - en eller anden uventet yderligere emission."

Type Ia-supernovaer menes at stamme fra den termonukleare eksplosion af en hvid dværgstjerne - den døde kerne, der er tilbage af en sollignende stjerne, efter at den har opbrugt sit kernebrændsel. Der skal tilføjes materiale til den hvide dværg fra en ledsagerstjerne for at udløse eksplosionen, men karakteren af ​​ledsagerstjernen og hvordan brændstoffet overføres har længe været diskuteret.

En mulighed er, at dette ekstra lys, der blev set under supernovaens tidlige tider, kan være fra den eksploderende hvide dværg, der kolliderer med ledsagerstjernen. Selvom dette var den oprindelige hypotese, detaljerede sammenligninger med teoretiske modeller og opfølgende observationer fra Keck-teleskopet viste, at dette ekstra lys har en anden, unexplained origin.

"While the steep increase in ASASSN-18bt's early brightness could indicate that the explosion collides with another star, the data doesn't quite fit predictions for how this should appear, " Holoien said. "Other possibilities, such as an unusual distribution of radioactive isotopes in the exploded star, could also explain what we saw."

Ja, recent Keck observations looked for the outer layers that would have been stripped from a nearby star by the violent supernova explosion. "If the donor star was there, we would have seen it, " says Michael Tucker, a graduate student at the Institute for Astronomy and lead author on the Keck paper. "But we just don't see anything."

This supports a recent hypothesis put forth by visiting-IfA astronomer Maximilian Stritzinger of Aarhus University that there may be two distinct populations of Type Ia supernovae—those that show early emission and those that do not—without the need for a nearby star. 

"We are finding that supernovae explosions are more complicated than we previously thought, and that's half the fun, " said Shappee. 

Thanks to ASAS-SN, ATLAS, Pan-STARRS, and other surveys, we are now monitoring the sky every night, so astronomers will find even more new supernovae and catch them at the moment of explosion. As more of these events are found and studied, they will home in on the solution to the longstanding mystery of how these stellar explosions originate.