I næsten et århundrede har astronomer studeret supernovaer med stor interesse. Disse mirakuløse begivenheder er det, der finder sted, når en stjerne går ind i den sidste fase af sin levetid og kollapser, eller strippes af en ledsagerstjerne i dets ydre lag til det punkt, hvor den gennemgår kernekollaps. I begge tilfælde fører denne begivenhed normalt til en massiv frigivelse af materiale et par gange så meget som vores sol.
Et internationalt forskerhold var imidlertid for nylig vidne til en supernova, der var en overraskende svag og kort. Deres observationer indikerer, at supernovaen blev forårsaget af en usynlig ledsager, sandsynligvis en neutronstjerne, der strippet sin ledsager af materiale, hvilket fik den til at kollapse og gå supernova. Dette er derfor første gang, at videnskabsmænd er vidne til fødslen af et kompakt binært neutronstjernesystem.
Undersøgelsen med titlen ”En varm og hurtig ultrastrippet supernova, der sandsynligvis dannede en kompakt neutronstjerne binær”, dukkede for nylig op i tidsskriftet Videnskab. Undersøgelsen blev ledet af Kishalay De, en kandidatstuderende fra Caltechs Institut for Astrofysik, og inkluderede medlemmer fra NASA Goddard Space Flight Center og Jet Propulsion Laboratory, Weizmann Institute of Science, Max Planck Institute for Astrophysics, Lawrence Berkeley National Laboratory , og flere universiteter og observatorier.
Holdets forskning blev primært udført i laboratoriet hos Mansi Kasliwal, en lektor i astronomi ved Caltech og en medforfatter til undersøgelsen. Hun er også den vigtigste efterforsker af det Caltech-ledede Global Relay of Observatories Watching Transients Happen (GROWTH) -projektet, et internationalt astronomisk samarbejde, der fokuserer på at studere fysikken i kortvarige (kortvarige) begivenheder - dvs. supernovaer, neutronstjerner, sort hulfusioner og asteroider nær jord.
Af hensyn til deres undersøgelse observerede teamet supernova-begivenheden kendt som iPTF 14gqr, der optrådte i udkanten af en spiralgalakse omkring 920 millioner lysår fra Jorden. I løbet af deres observationer bemærkede de, at supernovaen resulterede i frigivelse af en sammenlignelig beskeden mængde stof - cirka en femtedel af solens masse. Dette var ganske overraskende, som Kasliwali indikerede i en nylig Caltech-pressemeddelelse:
”Vi så denne enorme stjerners kernekollaps, men vi så bemærkelsesværdigt lidt masse skubbet ud. Vi kalder dette en ultra-strippet kuvert-supernova, og det er længe blevet forudsagt, at de findes. Dette er første gang, vi overbevisende har set kernekollaps af en massiv stjerne, der er så blottet for stof. ”
Denne begivenhed var usædvanlig, fordi deres kerner skal være indhyllet af enorme mængder materiale på forhånd for at stjerner kunne kollapse. Dette rejste spørgsmålet om, hvor de stjerner, der mangler masse, kunne være gået. Baseret på deres observationer bestemte de, at en kompakt ledsager (enten en hvid dværg eller en neutronstjerne) skal have forsinket den over tid.
Dette scenarie er, hvad der fører til Type I-supernovaer, der forekommer i et binært system, der består af en neutronstjerne og en rød gigant. I dette tilfælde kunne holdet ikke få øje på neutronstjernes ledsager, men begrundede, at det må have dannet sig i bane med den anden stjerne, og således dannet det originale binære system. Dette betyder faktisk, at holdet var vidne til fødslen af et binært system, der består af to kompakte neutronstjerner ved at observere iPTF 14gqr.
Hvad mere er, det faktum, at disse to neutronstjerner er så tæt på hinanden, betyder, at de til sidst vil fusionere i en begivenhed, der ligner den, der fandt sted i 2017. Kendt som ”kilonova-begivenheden”, var denne fusion den første kosmiske begivenhed, der blev set i både gravitations- og elektromagnetiske bølger. Opfølgningsobservationer indikerede også, at fusionen sandsynligvis resulterede i dannelsen af et sort hul.
Dette skaber muligheder for fremtidige undersøgelser, som vil se iPTF 14gqr for at se, om der opnås endnu en kilonova-begivenhed og skaber endnu et sort hul. Oven i alt var det faktum, at holdet overhovedet var i stand til at observere begivenheden, ganske heldige, i betragtning af at disse fænomener både er sjældne (tegnede sig for kun 1% af supernova-begivenheder) og kortvarige. Som De forklarede:
”Du har brug for hurtige kortvarige undersøgelser og et godt koordineret netværk af astronomer over hele verden for virkelig at fange den tidlige fase af en supernova. Uden data i sin spædbarn kunne vi ikke have konkluderet, at eksplosionen må have stammet i den kollapsende kerne af en massiv stjerne med en konvolut omkring 500 gange solens radius. ”
Begivenheden blev først opdaget af Palomar-observatoriet som en del af den mellemliggende Palomar Transient Factory (iPTF) - et videnskabeligt samarbejde, hvor observatorier over hele verden overvåger kosmos for kortvarige kosmiske begivenheder som supernovaer. Takket være iPTF, der foretog natlige undersøgelser, var Palomar-teleskopet i stand til at se iPTF 14gqr meget kort efter, at det gik supernova.
Samarbejdet sikrede også, at når Palomar-teleskopet ikke længere var i stand til at se det (på grund af Jordens rotation), at andre observatorier kunne fortsætte med at overvåge det og spore dens udvikling. Når vi ser fremad, vil Zwicky Transient Facility (som er efterfølgeren til Palomar-observatoriet for iPTF) gennemføre endnu hyppigere og bredere himmelundersøgelser i håb om at få øje på flere af disse sjældne begivenheder.
Disse undersøgelser i koordinering med opfølgningsindsats fra netværk som GROWTH giver astronomer mulighed for at studere, hvordan kompakte binære systemer udvikler sig. Dette vil føre til en større forståelse af ikke kun, hvordan disse objekter interagerer, men giver mere indsigt i, hvordan gravitationsbølger og visse typer sorte huller dannes.
