Når astronomiske fenomener går, er supernovaer blant de mest fascinerende og spektakulære. Denne prosessen skjer når visse typer stjerner når slutten av levetiden, hvor de eksploderer og kaster av de ytre lagene. Takket være generasjoner av studier har astronomer vært i stand til å klassifisere de fleste observerte supernovaene i en av to kategorier (Type I og Type II) og bestemme hvilke typer stjerner som er stamfedre for hver.
Imidlertid har astronomer hittil ikke klart å bestemme hvilken type stjerne som til slutt fører til en Type Ic-supernova - en spesiell klasse der en stjerne gjennomgår kjernekollaps etter å ha blitt frastjålet hydrogenet og heliumet. Men takket være innsatsen fra to team av astronomer som porer over arkivdata fra Hubble romteleskop, forskere har nå funnet den ettertraktede stjernen som forårsaker denne typen supernova.
I utgangspunktet antas supernovaer av type I å være et resultat av binære systemer som består av en hvit dverg og en ledsagerstjerne som kretser tett sammen. Over tid vil den hvite dvergen begynne å sifre materiale fra ledsageren til en kritisk masse er nådd. Den overpakkede hvite dvergen opplever da kjernekollaps og eksploderer i et utrolig lyst utbrudd av materiale og energi.
Når det gjelder super Ic-supernovaer, som utgjør rundt 20% av de store stjernene som eksploderer fra kjernekollaps, har stjernen mistet sitt ytre hydrogenlag og mesteparten av heliumet. Disse stjernene antas å være blant de mest kjente - med minst 30 solmasser - og forblir lyse selv etter å ha kastet sine ytre lag. Det har derfor vært et mysterium hvorfor astronomer ikke har klart å oppdage en før den gikk supernova.
Heldigvis ble det i 2017 observert en Type Ic-supernova som fant sted inne i en klynge av unge stjerner i spiralgalaksen NGC 3938, som ligger omtrent 65 millioner lysår unna. Den første oppdagelsen ble gjort av astronomer ved Tenagra Observatories i Arizona, men de to teamene med astronomer henvendte seg til Hubble for å kartlegge den nøyaktige plasseringen av kilden.
Det første teamet, ledet av Schuyler D. Van Dyk - en senior forsker ved Caltechs infrarøde prosesserings- og analysesenter (IPAC) - avbildet den unge supernovaen i juni 2017 med Hubbles Wide Field Camera 3 (WFC 3). De brukte da dette bildet for å lokalisere kandidatforfederen i arkiv Hubble bilder som ble tatt av NGC 3938 i desember 2007.
Det andre teamet, ledet av Charles Kilpatrick fra University of California Santa Cruz, observerte supernovaen i juni 2017 i infrarøde bilder ved hjelp av et av de 10 m teleskopene ved W.M. Keck-observatoriet på Hawaii. Teamet analyserte deretter den samme arkiveringen Hubble bilder som Van Dyk sitt team for å avdekke den mulige kilden.
Begge lag publiserte studier som indikerte at avfederen var en sannsynlig en blå supergiant lokalisert i en av NGC 3938s spiralarmer. Som Van Dyk antydet i en fersk pressemelding fra NASA, "Å finne en god tro forfedre til en supernova Ic er en stor premie for etterkommersøk. Vi har nå for første gang et tydelig oppdaget kandidatobjekt. ”
At supernovaen (utpekt SN 2017ein) ble oppdaget i utgangspunktet var også ganske heldig, som Kilpatrick forklarte:
“Vi var heldige at supernovaen var i nærheten og veldig lys, omtrent 5 til 10 ganger lysere enn andre Type Ic-supernovaer, noe som kan ha gjort avkommet lettere å finne. Astronomer har observert mange Type Ic supernovaer, men de er altfor langt unna for at Hubble kan løse. Du trenger en av disse massive, lyse stjernene i en nærliggende galakse for å gå av. Det ser ut som at de fleste Type Ic-supernovene er mindre massive og derfor mindre lyse, og det er grunnen til at vi ikke har funnet dem. "
Basert på deres vurdering av stamfaren ga begge lag to muligheter for kildens identitet. På den ene siden antydet de at det kunne være en enkelt heftig stjerne på mellom 45 og 55 solmasser som brant veldig lyst og varmt, noe som fikk den til å brenne av de ytre lagene med hydrogen og helium før gravitasjonskollaps ble gjennomgått.
En annen mulighet var at stamfaren var et massivt binært system som var sammensatt av en stjerne som var mellom 60 og 80 solmasser og en ledsager som var 48 solmasser. I dette scenariet ble den mer massive stjernen strippet for sine hydrogen- og heliumlag av kameraten før den eksploderte som en supernova.
Den andre muligheten var litt av en overraskelse, siden det ikke er hva astronomene forventer basert på nåværende modeller. Når det gjelder supernovaer av type I, regner astronomer med at de binære systemene skal bestå av stjerner med lavere masse, typisk en nøytronstjerne med en ledsager som har forlatt hovedsekvensen og utvidet til å bli en rød gigant.
Oppdagelsen av denne stamfader har derfor løst noe et mysterium for astronomer. I noen tid har de visst at Type Ic-supernovaer hadde mangel på hydrogen og helium og ikke var sikre på hvorfor. En mulig forklaring var at de ble strippet av sterk vind av ladede partikler. Men ingen bevis for dette har noen gang blitt funnet.
Den andre muligheten innebar nærbane binære par der en stjerne ble strippet for de ytre lagene før den eksploderte. Men i dette tilfellet fant de ut at stjernen som ble strippet for materiale fortsatt var massiv nok til at den til slutt eksploderte som en Type Ic-supernova.
Som Ori Fox, en forsker med Space Telescope Science Institute (STSI) i Baltimore og et medlem av Van Dyk sitt team, forklarte:
“Å skille ut disse to scenariene for å produsere Type Ic supernovaer påvirker vår forståelse av stjernevolusjonen og stjernedannelsen, inkludert hvordan massene av stjerner blir fordelt når de blir født, og hvor mange stjerner som dannes i interaktive binære systemer. Og det er spørsmål som ikke bare astronomer som studerer supernovaer ønsker å vite, men alle astronomer er ute etter. ”
De to lagene indikerte også at de ikke vil være i stand til å bekrefte identiteten til avkomstjernen før supernovaen blekner om cirka to år. På dette tidspunktet håper de å bruke NASAs James Webb romteleskop (JWST), som er planlagt lansert i 2021, for å se om forfader fremdeles er veldig lyse (som forventet) og foreta mer nøyaktige målinger av lysstyrke og masse.
Denne siste oppdagelsen fyller ikke bare noen av hullene i kunnskapen vår om hvordan noen stjerner oppfører seg når de når slutten av hovedsekvensfasen, den gir også astronomer en mulighet til å lære mer om dannelsen og utviklingen av stjerner i vårt univers . Når neste generasjons teleskoper blir tilgjengelig de kommende årene, håper astronomer å få viktig innsikt i disse spørsmålene.
Studien ledet av Van Dyk, med tittelen “SN 2017ein and the Possible First Identification of a Type Ic Supernova Progenitor” dukket opp i The Astrophysical Journal i juni. Den andre studien, "En potensiell stamfader for Type Ic supernova 2017ein", dukket opp i Månedlige merknader fra Royal Astronomical Society siste oktober.
