En supernova är en sällsynt och underbar händelse. Eftersom dessa intensiva explosioner endast äger rum när en massiv stjärna når det sista stadiet av sin evolutionära livslängd - när den har uttömt allt sitt bränsle och genomgår kärnkollaps - eller när en vit dvärg i ett binärstjärnsystem konsumerar sin följeslagare, att kunna bevittna ett är ganska privilegiet.
Men nyligen bevittnade ett internationellt team av astronomer något som kan vara ännu sällsyntare - en supernovahändelse som tycktes hända i slow motion. Medan supernova i sitt slag (SN Type Ibn) kännetecknas vanligtvis av en snabb ökning till toppljusstyrka och en snabb nedgång, tog denna supernova en enastående lång tid att uppnå maximal ljusstyrka och blekade sedan långsamt bort.
För deras studie studerade forskarteamet - som inkluderade medlemmar från Storbritannien, Polen, Sverige, Nordirland, Nederländerna och Tyskland - en Type Ibn-händelse känd som OGLE-2014-SN-13. Dessa typer av explosioner tros vara resultatet av massiva stjärnor (som har tappat sitt yttre hölje av väte) som har genomgått kärnkollaps, och vars ejecta interagerar med ett moln av heliumrikt circumstellar-material (CSM).
Studien leds av Emir Karamehmetoglu från Oskar Klein Center vid Stockholms universitet. Som han berättade för Space Magazine via e-post:
”Typ Ibn-supernovaer tros vara explosionerna av mycket massiva stjärnor, omgiven av en tät region av extremt heliumrikt material. Vi drar slutsatsen att denna Helium finns via närvaron av smala heliumemissionsledningar i deras optiska spektra. Vi tror också att det finns väldigt lite, om något väte, i den omedelbara omgivningen av stjärnan, för om den var där skulle den visa sig mycket starkare än Helium i spektra. Som ni kan föreställa er den här typen av konfiguration mycket sällsynt, eftersom väte är det rikaste elementet i universum överlägset. ”
Som redan nämnts kännetecknas typ Ibn-supernova av en plötslig och dramatisk ökning av deras ljusstyrka, sedan en snabb nedgång. Men när de observerade OGLE-2014-SN-131 - som de upptäckte den 11 november 2014 med hjälp av Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) vid Warszawa universitets astronomiska observatorium - bevittnade de något helt annat.
"OGLE-2014-SN-131 var annorlunda eftersom det tog nästan 50 dagar, jämfört med den mer typiska ~ 1 veckan, för att den skulle bli ljus," sade Karamehmetoglu. ”Då minskade det relativt långsamt också. Det faktum att det tog flera gånger längre tid än den typiska ökningen till maximal ljusstyrka, vilket är till skillnad från någon annan Ibn som har studerats tidigare, gör det till ett mycket unikt objekt. ”
Tack vare uppgifter som erhållits av OGLE-IV Transient Detection System kunde de placera OGLE-2014-SN-131 på ett avstånd av cirka 372 ± 9 megaparsek (1183,95 till 1242,66 miljoner ljusår) från jorden. Detta följdes sedan upp med fotometriska observationer med användning av OGLE-teleskopet vid Las Campanas observatorium i Chile och Gamma-Ray Burst Optical / Near-Infrared Detector (GROND) vid La Silla Observatory.
Teamet erhöll också spektroskopisk data med hjälp av ESO: s New Technology Telescope (NTT) vid La Silla och Very Large Telescope (VLT) vid Paranal Observatory (båda ligger i Chile). Förutom att ha en ovanligt lång stigningstid indikerade de kombinerade uppgifterna också att supernova hade en ovanligt bred ljuskurva. För att förklara allt detta övervägde teamet ett antal möjligheter.
Till att börja med ansåg de standardradioaktiva förfallsmodeller, som är kända för att driva ljuskurvorna i de flesta andra supernovor av typ I och typ II. Dessa kunde dock inte redogöra för vad de hade observerat med OGLE-2014-SN-131. Som sådant började de överväga mer exotiska scenarier, som inkluderade energi från en ung, snabbt snurrande neutronstjärna (aka. En magnetar) i närheten.
Medan denna modell skulle förklara beteendet hos OGLE-2014-SN-131, var den begränsad på det att det ännu inte är känt vilka omständigheter som skulle behövas för att åberopa en magnetar. Som sådan övervägde Karamehmetoglu och hans team också möjligheten att explosionerna skulle kunna drivas av chocker skapade genom interaktion av utkastat material från supernova med den heliumrika CSM.
Tack vare spektraldata som erhölls av NTT och VLT visste de att sådant material fanns runt stjärnan, och modellen kunde därför återge det observerade beteendet. Som Karamehmetoglu förklarade är det av den anledningen de föredrar denna modell framför de andra:
”I det här scenariot är anledningen till att OGLE-2014-SN-131 skiljer sig från andra Type Ibn SNe på grund av dess ovanligt stora karaktär av sin stamfaderstjärna. En mycket massiv stjärna, mellan 40-60 gånger massan av vår sol, belägen i en galax med låg metallicitet, gav antagligen upphov till denna SN genom att utvisa en stor mängd heliumrik materia och så småningom exploderade som en SN. ”
Förutom att vara en unik händelse har denna studie också några drastiska konsekvenser för astronomi och studiet av supernovaer. Tack vare upptäckten av OGLE-2014-SN-131 har alla framtida modeller som försöker förklara hur typ Ibn-supernovaer form nu har en sträng begränsning. Samtidigt har astronomer nu en befintlig modell att överväga om och när de bevittnar andra supernovaer som uppvisar särskilt långa stigningstider.
Framöver är det precis det Karamehmetoglu och hans kollegor hoppas göra. "I vår nästa ansträngning kommer vi att studera andra, mindre sällsynta, typer av SN som har långa stigningstider och därför förmodligen skapas av mycket massiva stjärnor," sade han. "Vi kommer att dra fördel av det jämförande ramarbetet vi utvecklade när vi studerade OGLE-2014-SN-131."
Än en gång har universum lärt oss att två av de viktigare aspekterna av vetenskaplig forskning är anpassningsförmåga och ett åtagande för kontinuerlig upptäckt. När saker inte överensstämmer med befintliga modeller, utveckla nya och testa dem!
