En supernova er en sjælden og vidunderlig begivenhed. Da disse intense eksplosioner kun finder sted, når en massiv stjerne når det sidste trin i sin evolutionære levetid - når den har opbrugt alt sit brændstof og gennemgår kernekollaps - eller når en hvid dværg i et binært stjernesystem fortærer sin ledsager og er i stand til at vidne en er ganske privilegiet.
Men for nylig var et internationalt team af astronomer vidne til noget, der kan være endnu sjældnere - en supernova-begivenhed, der syntes at ske i langsom bevægelse. Mens supernovaer af sin art (SN Type Ibn) typisk er kendetegnet ved en hurtig stigning til spidslysstyrke og en hurtig tilbagegang, tog denne særlige supernova en hidtil uset lang tid at nå maksimal lysstyrke og forsvandt derefter langsomt væk.
Af hensyn til deres undersøgelse studerede forskerteamet - der omfattede medlemmer fra England, Polen, Sverige, Nordirland, Holland og Tyskland - en Type Ibn-begivenhed kendt som OGLE-2014-SN-13. Disse former for eksplosioner menes at være resultatet af massive stjerner (som har mistet deres ydre kappe af brint), der gennemgår kernekollaps, og hvis ejecta interagerer med en sky af helium-rigt circumstellar materiale (CSM).
Undersøgelsen blev ledet af Emir Karamehmetoglu fra Oskar Klein Center ved Stockholms Universitet. Som han fortalte Space Magazine via e-mail:
”Type Ibn-supernovaer menes at være eksplosionerne af meget massive stjerner, omgivet af et tæt område af ekstremt helium-rigt materiale. Vi udleder eksistensen af denne Helium via tilstedeværelsen af smalle helium-emissionslinjer i deres optiske spektre. Vi mener også, at der er meget lidt, hvis noget brint, i den umiddelbare omgivelse af stjernen, for hvis den var der, ville den vise sig meget stærkere end Helium i spektre. Som du kan forestille dig, er denne form for konfiguration meget sjælden, da brint er det mest rigelige element i universet langt. ”
Som allerede bemærket er Type Ibn-supernova kendetegnet ved en pludselig og dramatisk stigning i deres lysstyrke og derefter et hurtigt fald. Da de observerede OGLE-2014-SN-131 - som de opdagede den 11. november 2014 ved hjælp af det optiske gravitationslinseringseksperiment (OGLE) ved Warszawa Universitets astronomiske observatorium - var de vidne til noget helt andet.
”OGLE-2014-SN-131 var anderledes, fordi det tog næsten 50 dage sammenlignet med den mere typiske ~ 1 uge, før det blev lyst,” sagde Karamehmetoglu. ”Derefter faldt det relativt langsomt. Det faktum, at det tog flere gange længere tid end den typiske stigning til maksimal lysstyrke, hvilket er i modsætning til andre Ibn, der er blevet undersøgt før, gør det til et meget unikt objekt. ”
Takket være data, der er opnået af OGLE-IV Transient Detection System, var de i stand til at placere OGLE-2014-SN-131 i en afstand på ca. 372 ± 9 megaparsecs (1183,95 til 1242,66 millioner lysår) fra Jorden. Dette blev derefter fulgt op med fotometriske observationer ved hjælp af OGLE-teleskopet ved Las Campanas-observatoriet i Chile og Gamma-Ray Burst Optical / Near-Infrared Detector (GROND) på La Silla-observatoriet.
Holdet opnåede også spektroskopiske data ved hjælp af ESOs New Technology Telescope (NTT) ved La Silla og Very Large Telescope (VLT) ved Paranal Observatory (begge placeret i Chile). Ud over at have en usædvanlig lang stigningstid, indikerede de kombinerede data også, at supernovaen havde en usædvanlig bred lyskurve. For at forklare alt dette overvejede teamet en række muligheder.
Til at begynde med overvejede de standard radioaktive henfaldsmodeller, som er kendt for at drive lysbuerne fra de fleste andre type I og Type II supernovaer. Disse kunne dog ikke redegøre for, hvad de havde observeret med OGLE-2014-SN-131. Som sådan begyndte de at overveje mere eksotiske scenarier, som inkluderede energi, der blev tilført fra en ung, hurtigt spinnende neutronstjerne (aka. En magnetar) i nærheden.
Selvom denne model forklarede opførelsen af OGLE-2014-SN-131, var den begrænset, idet det endnu ikke vides, hvilke omstændigheder der ville være nødvendige for at påkalde en magnetar. Som sådan overvejede Karamehmetoglu og hans team også muligheden for, at eksplosionerne kunne være drevet af stød, der er skabt af interaktionen af udsendt materiale fra supernovaen med den heliumrige CSM.
Takket være de spektrale data, der blev opnået af NTT og VLT, vidste de, at sådant materiale eksisterede omkring stjernen, og modellen var derfor i stand til at gengive den observerede opførsel. Som Karamehmetoglu forklarede, er det af denne grund, de favoriserer denne model frem for de andre:
”I dette scenarie er grunden til, at OGLE-2014-SN-131 adskiller sig fra andre Type Ibn SNe, på grund af dens usædvanlige massive natur af dens stamfaderstjerne. En meget massiv stjerne, mellem 40-60 gange massen af vores Sol, beliggende i en galaxi med lav metallicitet, gav sandsynligvis anledning til denne SN ved at udvise en stor mængde heliumrig stof og derefter til sidst eksplodere som en SN. ”
Ud over at være en unik begivenhed har denne undersøgelse også nogle drastiske konsekvenser for astronomi og studiet af supernovaer. Takket være påvisningen af OGLE-2014-SN-131 har alle fremtidige modeller, der forsøger at forklare, hvordan Type Ibn-supernovaer form nu har en streng begrænsning. På samme tid har astronomer nu en eksisterende model til at overveje, om og hvornår de er vidne til andre supernovaer, der udviser særlig lange stigningstider.
Når man ser fremad, er det netop, hvad Karamehmetoglu og hans kolleger håber at gøre. ”I vores næste indsats vil vi studere andre, mindre sjældne, typer SN, der har lange stigningstider, og derfor er sandsynligvis skabt af meget massive stjerner,” sagde han. ”Vi vil drage fordel af det sammenligningsrammearbejde, vi udviklede, da vi studerede OGLE-2014-SN-131.”
Endnu en gang har universet lært os, at to af de vigtigste aspekter af videnskabelig forskning er tilpasningsevne og en forpligtelse til kontinuerlig opdagelse. Når ting ikke er i overensstemmelse med eksisterende modeller, udvikle nye og test dem ud!
