Som astronomiske fænomener er supernovaer blandt de mest fascinerende og spektakulære. Denne proces opstår, når visse typer stjerner når slutningen af deres levetid, hvor de eksploderer og kaster deres ydre lag af. Takket være generationer af undersøgelser har astronomer været i stand til at klassificere de mest observerede supernovaer i en af to kategorier (Type I og Type II) og bestemme, hvilke slags stjerner der er forfædre for hver.
Imidlertid har astronomer til dato ikke været i stand til at bestemme, hvilken type stjerne, der til sidst fører til en Type Ic-supernova - en særlig klasse, hvor en stjerne gennemgår kernekollaps efter at have været frataget sit brint og helium. Men takket være bestræbelserne fra to hold af astronomer, der porerede over arkivdata fra Hubble-rumteleskop, forskere har nu fundet den længe efterspurgte stjerne, der forårsager denne type supernova.
Grundlæggende menes, at super I-supernovaer er resultatet af binære systemer, der består af en hvid dværg og en ledsager, der kredser tæt sammen. Over tid vil den hvide dværg begynde at sifere materiale fra ledsageren, indtil en kritisk masse er nået. Den overpakkede hvide dværg oplever derefter kernekollaps og eksploderer i et utroligt lyst udbrud af materiale og energi.
I tilfældet med Type Ic-supernovaer, der tegner sig for ca. 20% af de massive stjerner, der eksploderer fra kernekollaps, har stjernen mistet sit ydre brintlag og det meste af sin helium. Disse stjerner antages at være blandt de mest kendte - med mindst 30 solmasser - og forbliver lyse, selv efter at have kastet deres ydre lag. Det har derfor været et mysterium, hvorfor astronomer ikke har været i stand til at få øje på en før den gik supernova.
Heldigvis blev der i 2017 observeret en Type Ic-supernova, der fandt sted i en klynge af unge stjerner i spiralgalaksen NGC 3938, der ligger ca. 65 millioner lysår væk. Den første opdagelse blev gjort af astronomer ved Tenagra Observatories i Arizona, men de to hold af astronomer vendte sig mod Hubble at identificere den nøjagtige placering af kilden.
Det første hold, ledet af Schuyler D. Van Dyk - en senior forsker ved Caltechs infrarøde processerings- og analysecenter (IPAC) - afbildede den unge supernova i juni 2017 med Hubbles Bred feltkamera 3 (WFC 3). De brugte derefter dette billede til at lokalisere kandidatforfædre i arkivering Hubble fotos, der blev taget af NGC 3938 i december 2007.
Det andet hold, ledet af Charles Kilpatrick fra University of California Santa Cruz, observerede supernovaen i juni 2017 i infrarøde billeder ved hjælp af et af de 10 m teleskoper ved W.M. Keck Observatorium på Hawaii. Holdet analyserede derefter den samme arkivering Hubble fotos som Van Dyk's team for at afsløre den mulige kilde.
Begge hold offentliggjorde undersøgelser, der tydede på, at efterkommere sandsynligvis var en blå supergiant, der var placeret i en af NGC 3938s spiralarme. Som Van Dyk antydede i en nylig pressemeddelelse fra NASA, ”At finde en bona fide forfader til en supernova Ic er en stor præmie for afkomssøgning. Vi har nu for første gang et klart registreret kandidatobjekt. ”
At supernovaen (betegnet SN 2017ein) blev påvist i første omgang var også ganske heldig, som Kilpatrick forklarede:
”Vi var heldige, at supernovaen var i nærheden og meget lys, omkring 5 til 10 gange lysere end andre Type Ic-supernover, hvilket måske har gjort det efterkommere lettere at finde. Astronomer har observeret mange Type Ic supernovas, men de er alle for langt væk til, at Hubble kan løse. Du har brug for en af disse massive, lyse stjerner i en nærliggende galakse for at gå af. Det ser ud til, at de fleste Type Ic-supernover er mindre massive og derfor mindre lyse, og det er grunden til, at vi ikke har været i stand til at finde dem. ”
Baseret på deres vurdering af stamfader tilbød begge hold to muligheder for kildens identitet. På den ene side foreslog de, at det kunne være en enkelt hæmmende stjerne på mellem 45 og 55 solmasser, der brændte meget lyse og varme, hvilket fik den til at brænde af sine ydre lag af brint og helium, før de blev gennemgået af gravitations kollaps.
En anden mulighed var, at efterkommere var et massivt binært system, der bestod af en stjerne, der var mellem 60 og 80 solmasser og en ledsager, der var 48 solmasser. I dette scenarie blev den mere massive stjerne frataget sit brint og heliumlag af sin ledsager, før den eksploderede som en supernova.
Den anden mulighed var lidt af en overraskelse, da det ikke er, hvad astronomer forventer, baseret på nuværende modeller. Når det kommer til type I-supernovaer, forventer astronomer, at de binære systemer består af stjerner med lavere masse, typisk en neutronstjerne med en ledsager, der har forladt sin hovedsekvens og udvidet til at blive en rød gigant.
Opdagelsen af denne stamfader har derfor løst noget som et mysterium for astronomer. I nogen tid har de vidst, at Type Ic-supernovaer manglede brint og helium og ikke var sikre på hvorfor. En mulig forklaring var, at de blev strippet af stærk vind af ladede partikler. Men der er aldrig fundet noget bevis for dette.
Den anden mulighed involverede tæt-omløbende binære par, hvor en stjerne blev strippet for sine ydre lag, før den eksploderede. Men i dette tilfælde fandt de, at stjernen, der blev strippet for materiale, stadig var massiv nok til, at den til sidst eksploderede som en Type Ic-supernova.
Som Ori Fox, en forsker med Space Telescope Science Institute (STSI) i Baltimore og et medlem af Van Dyk's team, forklarede:
”Frakobling af disse to scenarier til fremstilling af Type Ic-supernover påvirker vores forståelse af stjernestoludvikling og stjernedannelse, herunder hvordan masserne af stjerner fordeles, når de fødes, og hvor mange stjerner der dannes i interaktive binære systemer. Og det er spørgsmål, som ikke kun astronomer, der studerer supernovas ønsker at vide, men alle astronomer er efter. ”
De to hold angav også, at de ikke vil være i stand til at bekræfte identiteten af den efterfølgende stjerne, før supernovaen falmer om cirka to år. På dette tidspunkt håber de at bruge NASA'er James Webb-rumteleskop (JWST), der er planlagt til lancering i 2021, for at se, om efterkommere stadig er meget lys (som forventet) og foretage mere nøjagtige målinger af dens lysstyrke og masse.
Denne seneste opdagelse udfylder ikke kun nogle af hullerne i vores viden om, hvordan nogle stjerner opfører sig, når de når slutningen af deres hovedsekvensfase, den giver også astronomer en mulighed for at lære mere om dannelsen og udviklingen af stjerner i vores univers . Når næste generations teleskoper bliver tilgængelige i de kommende år, håber astronomer at få vigtig indsigt i disse spørgsmål.
Undersøgelsen ledet af Van Dyk med titlen "SN 2017ein og den mulige første identifikation af en Type Ic Supernova Progenitor" dukkede op i The Astrophysical Journal i juni. Den anden undersøgelse, "En potentiel afkom for Type Ic supernova 2017ein", dukkede op i Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society den sidste oktober.
