Under nästan ett sekel har astronomer studerat supernovaer med stort intresse. Dessa mirakulösa händelser är vad som äger rum när en stjärna går in i den sista fasen av sin livslängd och kollapsar, eller strippas av en följeslagare med sina yttre lager till den punkt där den genomgår kärnkollaps. I båda fallen leder denna händelse vanligtvis till en massiv frisättning av material några gånger massan av vår sol.
Emellertid bevittnade ett internationellt team av forskare nyligen en supernova som var en överraskande svag och kort. Deras observationer indikerar att supernovaen orsakades av en osynlig följeslagare, troligtvis en neutronstjärna som strippade sin följeslagare av material, vilket fick den att kollapsa och bli supernova. Det är därför första gången som forskare har bevittnat födelsen av ett kompakt binärstjärnstjärnsystem.
Studien, med titeln "En het och snabb ultrastriven supernova som troligen bildade en kompakt neutronstjärna binär", dykte nyligen upp i tidskriften Vetenskap. Studien leddes av Kishalay De, en doktorand från Caltechs avdelning för astrofysik, och inkluderade medlemmar från NASA Goddard Space Flight Center och Jet Propulsion Laboratory, Weizmann Institute of Science, Max Planck Institute for Astrophysics, Lawrence Berkeley National Laboratory och flera universitet och observatorier.
Teamets forskning bedrevs främst i laboratoriet hos Mansi Kasliwal, biträdande professor i astronomi vid Caltech och medförfattare till studien. Hon är också den huvudsakliga utredaren för det Caltech-ledda Global Relay of Observatories Watching Transients Happen (GROWTH) -projektet, ett internationellt astronomiskt samarbete som är inriktat på att studera fysiken för övergående (kortlivade) händelser - dvs. supernovaer, neutronstjärnor, svart hålfusioner och asteroider nära jorden.
För studiens skull observerade teamet supernovahändelsen känd som iPTF 14gqr, som dök upp i utkanten av en spiralgalax cirka 920 miljoner ljusår från Jorden. Under sina observationer märkte de att supernova resulterade i att en jämförbar blygsam mängd materia släpptes - ungefär en femtedel av solens massa. Detta var helt överraskande, som Kasliwali antydde i ett nyligen pressmeddelande från Caltech:
”Vi såg den här massiva stjärnans kärnkollaps, men vi såg anmärkningsvärt lite massa som kastades ut. Vi kallar detta för en ultrastrippad kuvert-supernova och det har länge förutsagits att de finns. Det här är första gången vi övertygande har sett en kärnkollaps av en massiv stjärna som är så sakalös. "
Denna händelse var ovanlig eftersom, för att stjärnor skulle kollapsa, deras kärnor måste ha omhyllats av enorma mängder material i förväg. Detta tog upp frågan var de stjärnor som saknade massan kunde ha gått. Baserat på deras observationer bestämde de att en kompakt följeslagare (antingen en vit dvärg eller en neutronstjärna) måste ha överlåtit den över tid.
Detta scenario är det som leder till supernovaer av typ I, som förekommer i binärsystem som består av en neutronstjärna och en röd jätte. I detta fall kunde teamet inte upptäcka neutronstjärnan, men motiverade att det måste ha bildats i omloppsbana med den andra stjärnan och därmed bildat det ursprungliga binära systemet. I själva verket betyder detta att genom att observera iPTF 14gqr, såg teamet födelsen av ett binärt system som består av två kompakta neutronstjärnor.
Vad mer är, det faktum att dessa två neutronstjärnor är så nära varandra innebär att de så småningom kommer att smälta samman i en händelse som liknar den som ägde rum 2017. Känd som ”kilonova-händelsen”, var denna sammanslagning den första kosmiska händelsen sett i både gravitations- och elektromagnetiska vågor. Uppföljningsobservationer indikerade också att fusionen troligen resulterade i bildandet av ett svart hål.
Detta skapar möjligheter för framtida undersökningar, som kommer att titta på iPTF 14gqr för att se om ytterligare en kilonova-händelse resulterar och skapar ytterligare ett svart hål. Dessutom var det faktum att teamet alls kunde observera händelsen ganska lyckligt med tanke på att dessa fenomen både är sällsynta (står för bara 1% av supernovahändelserna) och kortvariga. Som De förklarade:
”Du behöver snabba övergående undersökningar och ett välkoordinerat nätverk av astronomer över hela världen för att verkligen fånga den tidiga fasen av en supernova. Utan data i sin spädbarn kunde vi inte ha kommit fram till att explosionen måste ha sitt ursprung i den kollapsande kärnan i en massiv stjärna med ett kuvert som är ungefär 500 gånger solens radie. "
Händelsen upptäcktes först av Palomar Observatory som en del av den mellanliggande Palomar Transient Factory (iPTF) - ett vetenskapligt samarbete där observatorier runt om i världen övervakar kosmos för kortlivade kosmiska händelser som supernovaer. Tack vare iPTF som genomförde nattliga undersökningar kunde Palomar-teleskopet upptäcka iPTF 14 gqr mycket kort efter att det gick supernova.
Samarbetet garanterade också att när Palomar-teleskopet inte längre kunde se det (på grund av jordens rotation) att andra observatorier kunde fortsätta att övervaka det och följa dess utveckling. Framöver kommer Zwicky Transient-anläggningen (som är efterträdaren till Palomar-observatoriet för iPTF) att genomföra ännu mer frekventa och breda undersökningar av himlen i hopp om att upptäcka fler av dessa sällsynta händelser.
Dessa undersökningar, i samordning med uppföljningsinsatser från nätverk som GROWTH, kommer att göra det möjligt för astronomer att studera hur kompakta binära system utvecklas. Detta kommer att leda till en större förståelse för inte bara hur dessa föremål interagerar, utan ger mer insikt i hur gravitationsvågor och vissa typer av svarta hål bildas.
