Supernova-observation første af sin slags ved hjælp af NASA-satellit

Da NASA's Transiting Exoplanet Survey Satellite blev opsendt i rummet i april 2018, det gjorde det med et specifikt mål:at søge universet efter nye planeter.

Men i nylig offentliggjort forskning, et hold af astronomer ved Ohio State University viste, at undersøgelsen, kaldet TESS, kan også bruges til at overvåge en bestemt type supernova, give videnskabsmænd flere ledetråde om, hvad der får hvide dværgstjerner til at eksplodere - og om de elementer, disse eksplosioner efterlader.

"Vi har vidst i årevis, at disse stjerner eksploderer, men vi har frygtelige ideer om, hvorfor de eksploderer, " sagde Patrick Vallely, hovedforfatter af undersøgelsen og en kandidatstuderende i Ohio State astronomi. "Den store ting her er, at vi er i stand til at vise, at denne supernova ikke er i overensstemmelse med at have en hvid dværg (tage masse) direkte fra en standardstjerneledsager og eksplodere ind i den - den slags standardide, der havde ført til, at folk prøvede at finde brintsignaturer i første omgang. Det vil sige, fordi TESS-lyskurven ikke viser nogen tegn på, at eksplosionen slår ind i overfladen af ​​en ledsager, og fordi brintsignaturerne i SALT-spektrene ikke udvikler sig som de andre elementer, vi kan udelukke den standardmodel."

Deres forskning, detaljeret i Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society , repræsenterer de første publicerede resultater om en supernova observeret ved hjælp af TESS, og tilføje nye indsigter til langvarige teorier om de grundstoffer, der er efterladt efter en hvid dværgstjerne eksploderer i en supernova.

Disse elementer har længe bekymret astronomer.

En hvid dværg eksploderer i en bestemt type supernova, en 1a, efter at have samlet masse fra en nærliggende ledsagerstjerne og vokset sig for stor til at forblive stabil, astronomer tror. Men hvis det er sandt, så skulle eksplosionen, astronomer har teoretiseret, efterlade sporstoffer af brint, en afgørende byggesten af ​​stjerner og hele universet. (Hvide dværgstjerner, af deres natur, har allerede brændt igennem deres eget brint og ville derfor ikke være en kilde til brint i en supernova.)

Men indtil denne TESS-baserede observation af en supernova, astronomer havde aldrig set disse brintspor i eksplosionens efterdønninger:Denne supernova er den første af sin type, hvor astronomer har målt brint. Det brint, første gang rapporteret af et hold fra Observatories of the Carnegie Institution for Science, kunne ændre karakteren af, hvad astronomer ved om hvide dværgsupernovaer.

"Det mest interessante ved denne særlige supernova er brinten, vi så i dens spektre (de elementer, eksplosionen efterlader), " sagde Vallely. "Vi har ledt efter brint og helium i spektrene af denne type supernova i årevis - disse elementer hjælper os med at forstå, hvad der forårsagede supernovaen i første omgang."

Brinten kunne betyde, at den hvide dværg konsumerede en nærliggende stjerne. I det scenarie, den anden stjerne ville være en normal stjerne i midten af ​​sin levetid – ikke en anden hvid dværg. Men da astronomer målte lyskurven fra denne supernova, kurven viste, at den anden stjerne i virkeligheden var en anden hvid dværg. Så hvor kom brinten fra?

Professor i astronomi Kris Stanek, Vallelys rådgiver i Ohio State og medforfatter på dette papir, sagde, at det er muligt, at brinten kom fra en ledsagerstjerne - en standard, almindelig stjerne – men han mener, at det er mere sandsynligt, at brinten kom fra en tredje stjerne, der tilfældigvis befandt sig i nærheden af ​​den eksploderende hvide dværg og ved et tilfælde blev forbrugt i supernovaen.

"Vi ville tro, at fordi vi ser denne brint, det betyder, at den hvide dværg konsumerede en anden stjerne og eksploderede, men baseret på lyskurven vi så fra denne supernova, det er måske ikke sandt, " sagde Stanek.

"Baseret på lyskurven, det mest sandsynlige, der skete, vi tænker, er, at brinten kan komme fra en tredje stjerne i systemet, " tilføjede Stanek. "Så det fremherskende scenarie, i hvert fald i Ohio State lige nu, er, at måden at lave en Type Ia (udtales 1-A) supernova på er ved at have to hvide dværgstjerner, der interagerer - endda kolliderer. Men også at have en tredje stjerne, der giver brinten."

Til Ohio State-forskningen, Vallely, Stanek og et team af astronomer fra hele verden kombinerede data fra TESS, et 10-centimeter-diameter teleskop, med data fra All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN for korte.) ASAS-SN ledes af Ohio State og består af små teleskoper rundt om i verden, der ser på himlen for supernovaer i fjerntliggende galakser.

TESS, til sammenligning, er designet til at søge himlen efter planeter i vores nærliggende galakse – og til at levere data meget hurtigere end tidligere satellitteleskoper. Det betyder, at Ohio State-holdet var i stand til at bruge data fra TESS til at se, hvad der skete omkring supernovaen i de første øjeblikke efter, at den eksploderede - en hidtil uset mulighed.

Holdet kombinerede data fra TESS og ASAS-SN med data fra South African Large Telescope for at evaluere de elementer, der blev efterladt i supernovaens kølvand. De fandt både brint og helium der, to indikatorer på, at den eksploderende stjerne på en eller anden måde havde fortæret en nærliggende ledsagerstjerne.

"Det, der er rigtig fedt ved disse resultater, er, når vi kombinerer dataene, vi kan lære nye ting, " sagde Stanek. "Og denne supernova er det første spændende tilfælde af den synergi."

Supernovaen, som dette hold observerede, var en Type Ia, en type supernova, der kan opstå, når to stjerner kredser om hinanden - hvad astronomer kalder et binært system. I nogle tilfælde af en Type I supernova, en af ​​disse stjerner er en hvid dværg.

En hvid dværg har brændt alt sit atombrændsel af, efterlader kun en meget varm kerne. (Hvid dværg temperaturer overstiger 100, 000 grader Kelvin - næsten 200, 000 grader Fahrenheit.) Medmindre stjernen vokser sig større ved at stjæle stumper af energi og stof fra en nærliggende stjerne, den hvide dværg bruger de næste milliard år på at køle ned, før den bliver til en klump sort kulstof.

Men hvis den hvide dværg og en anden stjerne er i et binært system, den hvide dværg tager langsomt masse fra den anden stjerne indtil, til sidst, den hvide dværg eksploderer i en supernova.

Type I supernovaer er vigtige for rumvidenskab – de hjælper astronomer med at måle afstand i rummet, og hjælpe dem med at beregne, hvor hurtigt universet udvider sig (en opdagelse så vigtig, at den vandt Nobelprisen i fysik i 2011).

"Dette er den mest berømte type supernova - de førte til, at mørk energi blev opdaget i 1990'erne, " sagde Vallely. "De er ansvarlige for eksistensen af ​​så mange elementer i universet. Men vi forstår egentlig ikke fysikken bag dem så godt. Og det er det, jeg virkelig godt kan lide ved at kombinere TESS og ASAS-SN her, at vi kan opbygge disse data og bruge dem til at finde ud af lidt mere om disse supernovaer."

Forskere er stort set enige om, at ledsagerstjernen fører til en hvid dværgsupernova, men mekanismen bag den eksplosion, og makeup af ledsagerstjernen, er mindre tydelige.

Dette fund, Stanek sagde, giver nogle beviser på, at følgestjernen i denne type supernova sandsynligvis er en anden hvid dværg.

"Vi ser noget nyt i disse data, og det hjælper vores forståelse af Ia supernova fænomenet, " sagde han. "Og vi kan forklare det hele ud fra de scenarier, vi allerede har - vi skal bare tillade, at den tredje stjerne i dette tilfælde er kilden til brinten."