Astronomer finder signaturer af en rodet stjerne, der fik sin ledsager til at gå til supernova

Mange stjerner eksploderer som lysende supernovaer, når hævede med alderen, de løber tør for brændstof til nuklear fusion. Men nogle stjerner kan blive supernova, simpelthen fordi de har en tæt og irriterende ledsagerstjerne, der en dag, forstyrrer sin partner så meget, at den eksploderer.

Disse sidstnævnte begivenheder kan ske i binære stjernesystemer, hvor to stjerner forsøger at dele herredømmet. Mens den eksploderende stjerne afgiver masser af beviser om sin identitet, astronomer skal engagere sig i detektivarbejde for at lære om den vildfarne ledsager, der udløste eksplosionen.

Den 10. januar ved American Astronomical Society-mødet 2019 i Seattle, et internationalt hold af astronomer annoncerede, at de har identificeret den type ledsagerstjerne, der gjorde sin partner i et binært system, en kulstof-ilt hvid dværgstjerne, eksplodere. Gennem gentagne observationer af SN 2015cp, en supernova 545 millioner lysår væk, holdet opdagede brintrigt affald, som ledsagerstjernen havde kastet forud for eksplosionen.

"Tilstedeværelsen af ​​affald betyder, at ledsageren enten var en rød kæmpestjerne eller en lignende stjerne, før han får sin ledsager til at gå til supernova, havde smidt store mængder materiale, " sagde University of Washington astronom Melissa Graham, der præsenterede opdagelsen og er hovedforfatter på det medfølgende papir, der er accepteret til offentliggørelse i The Astrofysisk tidsskrift .

Supernovamaterialet slog ind i dette stjernekuld med 10 procent af lysets hastighed, hvilket får det til at lyse med ultraviolet lys, som blev opdaget af Hubble-rumteleskopet og andre observatorier næsten to år efter den første eksplosion. Ved at lede efter beviser på affaldspåvirkninger måneder eller år efter en supernova i et dobbeltstjernesystem, holdet mener, at astronomer kunne afgøre, om ledsageren havde været en rodet kæmpe eller en forholdsvis pæn og ryddelig stjerne.

Holdet gjorde denne opdagelse som en del af en bredere undersøgelse af en bestemt type supernova kendt som en Type Ia supernova. Disse opstår, når en kulstof-ilt hvid dværgstjerne pludselig eksploderer på grund af aktivitet af en binær ledsager. Carbon-oxygen hvide dværge er små, tæt og - for stjerner - ret stabil. De dannes fra de kollapsede kerner af større stjerner og, hvis det efterlades uforstyrret, kan vare i milliarder af år.

Type Ia supernovaer er blevet brugt til kosmologiske undersøgelser, fordi deres konsekvente lysstyrke gør dem til ideelle "kosmiske fyrtårne, " ifølge Graham. De er blevet brugt til at estimere universets ekspansionshastighed og tjente som indirekte bevis for eksistensen af ​​mørk energi.

Alligevel er videnskabsmænd ikke sikre på, hvilke slags ledsagerstjerner der kan udløse en Type Ia-begivenhed. Masser af beviser tyder på, at for de fleste Type Ia supernovaer, ledsageren var sandsynligvis en anden carbon-ilt hvid dværg, som ikke ville efterlade brintrigt affald i kølvandet. Alligevel har teoretiske modeller vist, at stjerner som røde kæmper også kan udløse en Type Ia supernova, som kunne efterlade brintrigt affald, der ville blive ramt af eksplosionen. Ud af de tusindvis af Type Ia supernovaer, der er undersøgt til dato, kun en lille brøkdel blev senere observeret påvirke brintrigt materiale afgivet af en ledsagerstjerne. Tidligere observationer af mindst to Type Ia supernovaer opdagede glødende affald måneder efter eksplosionen. Men forskerne var ikke sikre på, om disse begivenheder var isolerede hændelser, eller tegn på, at Type Ia-supernovaer kan have mange forskellige slags ledsagende stjerner.

"Al den videnskab til dato, der er blevet udført ved hjælp af Type Ia supernovaer, herunder forskning i mørk energi og udvidelsen af ​​universet, hviler på den antagelse, at vi rimeligt godt ved, hvad disse 'kosmiske fyrtårne' er, og hvordan de fungerer, " sagde Graham. "Det er meget vigtigt at forstå, hvordan disse begivenheder udløses, og om kun en undergruppe af Type Ia-begivenheder bør bruges til visse kosmologiske undersøgelser."

Holdet brugte Hubble Space Telescope-observationer til at lede efter ultraviolette emissioner fra 70 Type Ia-supernovaer cirka et til tre år efter den første eksplosion.

"Ved at se år efter den første begivenhed, vi ledte efter tegn på chokeret materiale, der indeholdt brint, hvilket ville indikere, at ledsageren var noget andet end en anden carbon-ilt hvid dværg, " sagde Graham.

I tilfælde af SN 2015cp, en supernova opdaget første gang i 2015, forskerne fandt, hvad de søgte efter. I 2017 686 dage efter at supernovaen eksploderede, Hubble opfangede et ultraviolet skær af affald. Dette affald var langt fra supernovakilden - mindst 100 milliarder kilometer, eller 62 milliarder miles, væk. Til reference, Plutos bane tager den maksimalt 7,4 milliarder kilometer fra vores sol.

Ved at sammenligne SN 2015cp med de andre Type Ia supernovaer i deres undersøgelse, forskerne vurderer, at ikke mere end 6 procent af Type Ia-supernovaer har sådan en kattedyr-ledsager. gentaget, detaljerede observationer af andre type Ia-begivenheder ville hjælpe med at cementere disse skøn, sagde Graham.

Hubble-rumteleskopet var afgørende for at detektere den ultraviolette signatur af ledsagerstjernens affald til SN 2015cp. I efteråret 2017 forskerne sørgede for yderligere observationer af SN 2015cp af W.M. Keck Observatory på Hawaii, Karl G. Jansky Very Large Array i New Mexico, European Southern Observatory's Very Large Telescope og NASA's Neil Gehrels Swift Observatory, blandt andre. Disse data viste sig at være afgørende for at bekræfte tilstedeværelsen af ​​brint og er præsenteret i et ledsagende papir ledet af Chelsea Harris, en forskningsmedarbejder ved Michigan State University.

"Opdagelsen og opfølgningen af ​​SN 2015cp's emission viser virkelig, hvordan det kræver mange astronomer, og en bred vifte af typer teleskoper, arbejder sammen for at forstå forbigående kosmiske fænomener, " sagde Graham. "Det er også et perfekt eksempel på serendipitetens rolle i astronomiske undersøgelser:Hvis Hubble havde set på SN 2015cp blot en måned eller to senere, vi ville ikke have set noget."

Graham er også seniorstipendiat ved UW's DIRAC Institute og videnskabsanalytiker med Large Synoptic Survey Telescope, eller LSST.

"I fremtiden, som en del af sine regelmæssige planlagte observationer, LSST vil automatisk detektere optiske emissioner svarende til SN 2015cp - fra brint påvirket af materiale fra Type Ia supernovaer, " sagde Graham. "Det vil gøre mit arbejde så meget lettere!"