Total udslettelse for supermassive stjerner

En frafalden stjerne, der eksploderer i en fjern galakse, har tvunget astronomer til at tilsidesætte årtiers forskning og fokusere på en ny race af supernovaer, der fuldstændig kan udslette sin moderstjerne - uden at efterlade nogen rester tilbage. Signaturbegivenheden, noget astronomer aldrig havde set før, kan repræsentere den måde, hvorpå de mest massive stjerner i universet, inklusive de første stjerner, dø.

Den Europæiske Rumorganisations (ESA) Gaia-satellit bemærkede først supernovaen, kendt som SN 2016iet, den 14. november, 2016. Tre års intensive opfølgende observationer med en række forskellige teleskoper, inklusive Gemini North-teleskopet og dets Multi-Object Spectrograph på Maunakea i Hawaiʻi, givet afgørende perspektiver på objektets afstand og komposition.

"Gemini-dataene gav et dybere blik på supernovaen end nogen af ​​vores andre observationer, " sagde Edo Berger fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics og et medlem af undersøgelsens team. "Dette gjorde det muligt for os at studere SN 2016iet mere end 800 dage efter dets opdagelse, når den var dæmpet til en hundrededel af sin højeste lysstyrke."

Chris Davis, programdirektør ved National Science Foundation (NSF), et af Geminis sponsorbureauer, tilføjet, "Disse bemærkelsesværdige Gemini-observationer demonstrerer vigtigheden af ​​at studere det evigt foranderlige univers. At søge himlen efter pludselige eksplosive begivenheder, hurtigt at observere dem og, lige så vigtigt, at være i stand til at overvåge dem over dage, uger, måneder, og nogle gange er endda år afgørende for at få hele billedet. På få år, NSF's Large Synoptic Survey Telescope vil afdække tusindvis af disse begivenheder, og Gemini er godt positioneret til at udføre det afgørende opfølgningsarbejde."

I dette tilfælde, dette dybe blik afslørede kun svag brint-emission på stedet for supernovaen, bevis for, at stamstjernen til SN 2016iet levede i et isoleret område med meget lidt stjernedannelse. Dette er et usædvanligt miljø for sådan en massiv stjerne. "På trods af at have kigget i årtier på tusindvis af supernovaer, "Berger genoptog, "denne ser anderledes ud end noget, vi nogensinde har set før. Vi ser nogle gange supernovaer, der er usædvanlige i én henseende, men ellers er normale; denne er unik på alle mulige måder."

SN 2016iet har et væld af særheder, inklusive dens utrolig lange varighed, stor energi, usædvanlige kemiske fingeraftryk, og miljø fattigt på tungere elementer - som der ikke findes nogen åbenlyse analoger til i den astronomiske litteratur.

"Da vi først indså, hvor helt usædvanligt SN 2016iet er, min reaktion var 'Wow – gik noget grueligt galt med vores data?'" sagde Sebastian Gomez, også af Center for Astrofysik og hovedforfatter af undersøgelsen. Forskningen er publiceret i 15. august udgave af The Astrophysical Journal .

Den usædvanlige karakter af SN 2016iet, som afsløret af Gemini og andre data, tyder på, at den begyndte sit liv som en stjerne med omkring 200 gange vores sols masse - hvilket gør den til en af ​​de mest massive og kraftige enkeltstjerneeksplosioner, der nogensinde er observeret. Voksende beviser tyder på, at de første stjerner født i universet kan have været lige så massive. Astronomer forudsagde, at hvis sådanne giganter bevarer deres masse gennem deres korte liv (et par millioner år), de vil dø som par-ustabile supernovaer, som har fået sit navn fra stof-antistof-par dannet i eksplosionen.

De fleste massive stjerner ender deres liv i en eksplosiv begivenhed, der spyer stof rigt på tungmetaller ud i rummet, mens deres kerne kollapser til en neutronstjerne eller sort hul. Men par-ustabile supernovaer er en anden race. Den kollapsende kerne producerer rigelige gammastråler, fører til en løbsk produktion af partikel- og antipartikelpar, der til sidst udløser en katastrofal termonuklear eksplosion, der tilintetgør hele stjernen, inklusive kernen.

Modeller af par-ustabile supernovaer forudsiger, at de vil forekomme i miljøer, der er fattige på metaller (astronomens betegnelse for grundstoffer, der er tungere end brint og helium), såsom dværggalakser og det tidlige univers - og holdets undersøgelse fandt netop det. Begivenheden fandt sted i en afstand af en milliard lysår i en tidligere ukatalogiseret dværggalakse, der var fattig på metaller. "Dette er den første supernova, hvor massen og metalindholdet i den eksploderende stjerne er inden for det område, der forudsiges af teoretiske modeller, " sagde Gomez.

En anden overraskende funktion er SN 2016iets skarpe placering. De fleste massive stjerner er født i tætte klynger af stjerner, men SN 2016iet dannede isoleret set omkring 54, 000 lysår væk fra centrum af sin dværgværtsgalakse.

"Hvordan sådan en massiv stjerne kan dannes i fuldstændig isolation er stadig et mysterium, " sagde Gomez. "I vores lokale kosmiske kvarter, vi kender kun få stjerner, der nærmer sig massen af ​​den stjerne, der eksploderede i SN 2016iet, men alle disse lever i massive klynger med tusindvis af andre stjerner." For at forklare begivenhedens lange varighed og langsomme lysstyrkeudvikling, holdet fremmer ideen om, at stamstjernen slyngede stof ud i sit omgivende miljø med en hastighed på omkring tre gange Solens masse om året i et årti, før stjernen blæste sig selv i glemmebogen. Da stjernen til sidst eksploderede, supernovaaffaldet kolliderede med dette materiale, der driver SN 2016iets emission.

"De fleste supernovaer forsvinder og bliver usynlige mod blændingen fra deres værtsgalakser inden for et par måneder. Men fordi SN 2016iet er så lysstærkt og så isoleret, kan vi studere dens udvikling i de kommende år, " sagde Gomez. "Idéen om par-ustabile supernovaer har eksisteret i årtier, " sagde Berger. "Men endelig med det første observationseksempel, der sætter en døende stjerne i det rigtige masseregime, med den rigtige adfærd, og i en metalfattig dværggalakse er et utroligt skridt fremad."

Ikke længe siden, det var ikke kendt, om sådanne supermassive stjerner rent faktisk kunne eksistere. Opdagelsen og opfølgende observationer af SN 2016iet har givet klare beviser for deres eksistens og potentiale for at påvirke udviklingen af ​​det tidlige univers. "Geminis rolle i denne fantastiske opdagelse er vigtig, " sagde Gomez, "da det hjælper os til bedre at forstå, hvordan det tidlige univers udviklede sig efter dets 'mørke tidsalder' - hvor ingen stjernedannelse fandt sted - til at danne den pragt af det univers, vi ser i dag."