I nesten et århundre har astronomer studert supernovaer med stor interesse. Disse mirakuløse hendelsene er det som finner sted når en stjerne går inn i den endelige fasen av levetiden og kollapser, eller blir strippet av en følgesvennstjerne i de ytre lagene til det punktet hvor den gjennomgår kjernekollaps. I begge tilfeller fører denne hendelsen vanligvis til en massiv utgivelse av materiale noen ganger så mye som solen vår.
Imidlertid var et internasjonalt team av forskere nylig vitne til en supernova som var en overraskende svak og kort. Observasjonene deres indikerer at supernovaen var forårsaket av en usett følgesvenn, sannsynligvis en nøytronstjerne som strippet kameraten av materiale, noe som fikk den til å kollapse og bli supernova. Dette er derfor første gang forskere er vitne til fødselen av et kompakt binærsystem for nøytronstjerner.
Studien, med tittelen “En varm og rask ultrastrippet supernova som sannsynligvis dannet en kompakt nøytronstjerne binær”, dukket nylig opp i tidsskriftet Vitenskap. Studien ble ledet av Kishalay De, en doktorgradsstudent fra Caltechs avdeling for astrofysikk, og inkluderte medlemmer fra NASA Goddard Space Flight Center og Jet Propulsion Laboratory, The Weizmann Institute of Science, Max Planck Institute for Astrophysics, Lawrence Berkeley National Laboratory , og flere universiteter og observatorier.
Teamets forskning ble hovedsakelig utført i laboratoriet til Mansi Kasliwal, en assisterende professor i astronomi ved Caltech og en medforfatter på studien. Hun er også hovedetterforsker for det Caltech-ledede Global Relay of Observatories Watching Transients Happen (GROWTH) -prosjektet, et internasjonalt astronomisk samarbeid som er fokusert på å studere fysikken til forbigående (kortvarige) hendelser - dvs. supernovaer, nøytronstjerner, svart hullfusjoner og nærjordiske asteroider.
For studiens skyld observerte teamet supernovahendelsen kjent som iPTF 14gqr, som dukket opp i utkanten av en spiralgalakse omtrent 920 millioner lysår fra Jorden. I løpet av observasjonene deres la de merke til at supernovaen resulterte i frigjøring av en relativt beskjeden mengde materie - omtrent en femtedel av solenes masse. Dette var ganske overraskende, som Kasliwali antydet i en fersk pressemelding fra Caltech:
"Vi så denne enorme stjernens kjernekollaps, men vi så bemerkelsesverdig lite masse kastet ut. Vi kaller dette en ultrastrivert konvolutt-supernova, og det er lenge blitt spådd at de eksisterer. Dette er første gang vi overbevisende har sett kjernekollaps av en massiv stjerne som er så blottet for materie. ”
Denne hendelsen var uvanlig fordi stjernene deres skulle ha blitt innhyllet av enorme mengder materiale på forhånd for at stjerner skulle kollapse. Dette reiste spørsmålet om hvor stjernene som mangler masse kunne ha gått. Basert på observasjonene deres, slo de fast at en kompakt følgesvenn (enten en hvit dverg eller en nøytronstjerne) må ha forsinket den over tid.
Dette scenariet er det som fører til Type I-supernovaer, som forekommer i binærsystem som består av en nøytronstjerne og en rød gigant. I dette tilfellet kunne ikke teamet få øye på nøytronstjernens følgesvenn, men begrunnet at det måtte ha dannet seg i bane med den andre stjernen, og dermed dannet det originale binære systemet. Faktisk betyr dette at teamet ble observert fødselen av et binært system som består av to kompakte nøytronstjerner ved å observere iPTF 14gqr.
Det mer at det faktum at disse to nøytronstjernene er så nærme hverandre, betyr at de til slutt vil fusjonere i en hendelse som ligner den som fant sted i 2017. kjent som "kilonova-hendelsen", var denne fusjonen den første kosmiske hendelsen som ble sett i både gravitasjons- og elektromagnetiske bølger. Oppfølgingsobservasjoner indikerte også at fusjonen sannsynligvis resulterte i dannelsen av et svart hull.
Dette skaper muligheter for fremtidige undersøkelser, som vil se iPTF 14gqr for å se om nok en kilonova-hendelse blir resultatet og skaper et nytt sort hull. På toppen av alt dette, var det faktum at teamet i det hele tatt var i stand til å observere hendelsen ganske heldig, gitt at disse fenomenene både er sjeldne (utgjør bare 1% av supernova-hendelsene) og kortvarige. Som De forklarte:
“Du trenger raske forbigående undersøkelser og et godt koordinert nettverk av astronomer over hele verden for virkelig å fange den tidlige fasen av en supernova. Uten data i sin spede begynnelse, kunne vi ikke ha konkludert med at eksplosjonen må ha sitt utspring i den kollapsende kjernen til en massiv stjerne med en konvolutt omtrent 500 ganger solens radius. "
Arrangementet ble først oppdaget av Palomar Observatory som en del av den mellomliggende Palomar Transient Factory (iPTF) - et vitenskapelig samarbeid der observatorier rundt om i verden overvåker kosmos for kortvarige kosmiske hendelser som supernovaer. Takket være iPTF som foretok nattlige undersøkelser, kunne Palomar-teleskopet oppdage iPTF 14gqr veldig kort tid etter at det gikk supernova.
Samarbeidet sørget for at når Palomar-teleskopet ikke lenger var i stand til å se det (på grunn av jordens rotasjon) at andre observatorier kunne fortsette å overvåke det og spore dens utvikling. Når vi ser fremover, vil Zwicky Transient Facility (som er etterfølgeren til Palomar Observatory for iPTF) gjennomføre enda hyppigere og bredere undersøkelser av himmelen, i håp om å få øye på flere av disse sjeldne hendelsene.
Disse undersøkelsene, i koordinering med oppfølgingsinnsats fra nettverk som GROWTH, vil tillate astronomer å studere hvordan kompakte binære systemer utvikler seg. Dette vil føre til en større forståelse av ikke bare hvordan disse objektene samhandler, men gir mer innsikt i hvordan gravitasjonsbølger og visse typer sorte hull dannes.
