Stjerner eksploderer i støvede galakser. Vi kan bare ikke altid se dem

Eksploderende stjerner genererer dramatiske lysshows. Infrarøde teleskoper som Spitzer kan se gennem disen og give en bedre idé om, hvor ofte disse eksplosioner forekommer.

Man skulle tro, at supernovaer - massive stjerners dødsstød og blandt de lyseste, mest kraftfulde eksplosioner i universet - ville være svære at gå glip af. Alligevel er antallet af disse eksplosioner observeret i de fjerne dele af universet langt under astrofysikernes forudsigelser.

En ny undersøgelse, der bruger data fra NASAs nyligt pensionerede Spitzer Space Telescope rapporterer påvisningen af ​​fem supernovaer, som bliver uopdaget i optisk lys, aldrig var set før. Spitzer så universet i infrarødt lys, som trænger gennem støvskyer, der blokerer for optisk lys - den slags lys, vores øjne ser, og som ikke-tilslørede supernovaer udstråler klarest.

For at søge efter skjulte supernovaer, forskerne så på Spitzer-observationer af 40 støvede galakser. (I rummet, støv refererer til kornlignende partikler med en konsistens svarende til røg.) Baseret på det antal, de fandt i disse galakser, undersøgelsen bekræfter, at supernovaer faktisk forekommer så ofte, som forskerne forventer, at de gør. Denne forventning er baseret på videnskabsmænds nuværende forståelse af, hvordan stjerner udvikler sig. Undersøgelser som denne er nødvendige for at forbedre denne forståelse, ved enten at forstærke eller udfordre visse aspekter af det.

"Disse resultater med Spitzer viser, at de optiske undersøgelser, vi længe har stolet på for at opdage supernovaer, går glip af op til halvdelen af ​​de stjerneeksplosioner, der sker derude i universet, " sagde Ori Fox, en videnskabsmand ved Space Telescope Science Institute i Baltimore, Maryland, og hovedforfatter af den nye undersøgelse, offentliggjort i Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society . "Det er meget gode nyheder, at antallet af supernovaer, vi ser med Spitzer, er statistisk i overensstemmelse med teoretiske forudsigelser."

"Supernova-forskellen" - dvs. uoverensstemmelsen mellem antallet af forudsagte supernovaer og antallet observeret af optiske teleskoper - er ikke et problem i det nærliggende univers. der, galakser har bremset deres stjernedannelseshastighed og er generelt mindre støvede. I de fjernere dele af universet, selvom, galakser ser yngre ud, producere stjerner med højere hastigheder, og har tendens til at have større mængder støv. Dette støv absorberer og spreder optisk og ultraviolet lys, forhindrer det i at nå teleskoper. Så forskere har længe ræsonneret, at de manglende supernovaer må eksistere og bare er usete.

"Fordi lokaluniverset er faldet til ro siden dets første år med stjerneskabelse, vi ser det forventede antal supernovaer med typiske optiske søgninger, " sagde Fox. "Den observerede supernova-detektionsprocent falder, imidlertid, når du kommer længere væk og tilbage til kosmiske epoker, hvor støvede galakser dominerede."

Det kan være udfordrende at opdage supernovaer på disse lange afstande. At udføre en søgning efter supernovaer indhyllet i mørkere galaktiske riger, men på mindre ekstreme afstande, Foxs hold udvalgte et lokalt sæt af 40 støvkvalte galakser, kendt som lysende og ultra-lysende infrarøde galakser (LIRG'er og ULIRG'er, henholdsvis). Støvet i LIRG'er og ULIRG'er absorberer optisk lys fra objekter som supernovaer, men tillader infrarødt lys fra de samme objekter at passere uhindret igennem for teleskoper som Spitzer at opdage.

Forskernes anelse viste sig at være korrekt, da de fem aldrig før sete supernovaer kom til (infrarødt) lys. "Det er et vidnesbyrd om Spitzers opdagelsespotentiale, at teleskopet var i stand til at opfange signalet fra skjulte supernovaer fra disse støvede galakser, " sagde Fox.

"Det var især sjovt for flere af vores bachelorstuderende at bidrage meningsfuldt til denne spændende forskning, " tilføjede undersøgelsens medforfatter Alex Filippenko, professor i astronomi ved University of California, Berkeley. "De hjalp med at besvare spørgsmålet, "Hvor er alle supernovaerne blevet af?"

Typerne af supernovaer opdaget af Spitzer er kendt som "kerne-kollaps supernovaer, " involverer kæmpestjerner med mindst otte gange Solens masse. Når de bliver gamle og deres kerner fyldes med jern, de store stjerner kan ikke længere producere nok energi til at modstå deres egen tyngdekraft, og deres kerner kollapser, pludselig og katastrofalt.

De intense tryk og temperaturer produceret under den hurtige hule-in danner nye kemiske elementer via kernefusion. De kollapsende stjerner rejste sig i sidste ende tilbage fra deres ultratætte kerne, sprænger sig selv i filler og spreder disse elementer ud i rummet. Supernovaer producerer "tunge" elementer, som de fleste metaller. Disse elementer er nødvendige for at opbygge klippeplaneter, som Jorden, såvel som biologiske væsener. Samlet set, supernovahastigheder tjener som en vigtig kontrol af modeller for stjernedannelse og skabelsen af ​​tunge grundstoffer i universet.

"Hvis du har styr på, hvor mange stjerner der dannes, så kan du forudsige, hvor mange stjerner der vil eksplodere, sagde Fox. Eller, omvendt, hvis du har styr på, hvor mange stjerner der eksploderer, du kan forudsige, hvor mange stjerner der dannes. Forståelse af dette forhold er afgørende for mange områder af studier i astrofysik."

Næste generations teleskoper, inklusive NASAs Nancy Grace Roman Space Telescope og James Webb Space Telescope, vil registrere infrarødt lys, ligesom Spitzer.

"Vores undersøgelse har vist, at stjernedannelsesmodeller er mere i overensstemmelse med supernovahastigheder end tidligere antaget, " sagde Fox. "Og ved at afsløre disse skjulte supernovaer, Spitzer har sat scenen for nye former for opdagelser med Webb og romerske rumteleskoper."