I februar 2018 – bare et halvt år før Nasas berømte Kepler-teleskop takket av etter ti år tjeneste – tok det bilder av de aller første øyeblikkene av en stjerneeksplosjon, en såkalt supernova.
Det var en svært nøyaktig måling av utviklingen av en supernova av typen Ia, som er spesielt viktig for forskerne. De brukes nemlig til å måle avstander i universet.
Men selv om det er en enestående mulighet for å teste teoriene om supernovadannelse, er det ikke opplagt hvordan nye resultatene skal fortolkes.
I to av de tre vitenskapelige artiklene som er basert på datasettet, kommer forskerne med to ulike tolkninger, noe som ifølge astrofysiker Giorgos Leloudas er ganske mystisk. Han har ikke deltatt i arbeidet selv, men har lest de tre artiklene.
– Disse dataene er forbløffende. Det er blant de beste som noensinne er registrert, sier Leloudas, som er seniorforsker ved danske DTU Space.
Den klareste supernovaen fra Kepler
Først må vi ha på plass hva som gjør de nye observasjonene så viktige:
Ia-supernovaer
Supernovaer av type Ia brukes som standardlyskilder i universet, noe som vil si at man bruker dem til å måle og fastslå avstander.
Det er ikke så enkelt i et univers som vår som utvider seg hele tiden, men det er mulig ved hjelp av Ia-supernovaer fordi de sender ut den samme mengden stråling.
I 2011 vant forskere nobelprisen i fysikk for å bruke Ia-supernovaer til å fastslå at universet utvider seg.
Når en supernova sender ut mest lys, er det – forholdsvis – enkelt å registrere den med et teleskop. Supernovaer er spektakulære eksplosjoner som markerer slutten på livet til massive stjerner. Når eksplosjonene når toppen, kan lyset overstråle hele den galaksen de befinner seg i.
Men i eksplosjonens første faser er lyset veldig svakt, og det er bare i de siste par årene teknologien har blitt avanserte nok til å registrere dette.
Den nyoppdagede supernovaen, som har fått navnet ASSASSN-18bt, er den første forskerne har observert både så tidlig og så tett på jorden: bare noen få timer etter eksplosjonen startet og «bare» 160 millioner lysår unna.
Nøkkelen er et teleskopnettverk ved navn All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN), som blant annet Aarhus Universitet står bak.
– Det er helt fantastiske observasjoner, skriver astrofysiker Johan Fynbo, som ikke har deltatt i forskningen, i en e-post. Han er professor ved Cosmic Dawn Center, som er en del av Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet.
– Det er et svært viktig resultat fordi det nettopp er slike typer supernovaer vi bruker til å måle universets utvidelseshistorie, noe som er grunnlaget for konklusjonene om mørk energi og universets utvidelse, legger Fynbo til.
Supernovaen sletter sine egne spor
Selv om astrofysikerne etter hvert har mange observasjoner av supernovaer, vet de lite om hva som forårsaker nettopp Ia-variantene.
De vet det er veldig kompakte stjerner, hvite dverger, som eksploderer. Hvite dverger representerer sluttstadiet for over 90 prosent av alle stjerner, også vår egen sol.
Men for å utløse eksplosjonen må den få tilført materiale fra et annet sted, antagelig en ledsagerstjerne, og dette er en stor ukjent faktor i forskernes beregninger.
Så snart supernovaen eksploderer, sletter den nemlig samtidig sine egne tidligste spor.
– Selv om supernovaer av type Ia er vår beste måte å måle avstander i universet, kjenner vi til nå ikke den «sanne opprinnelsen», sier førsteamanuensis Maximilian Stritzinger fra Institut for Fysik og Astronomi ved Aarhus Universitet.
Slik kan en Ia-supernova kanskje se ut hvis det opprinnelige stjernesystemet består av to hvite dverger.
To usannsynlige forklaringer …
Stritzinger er hovedforsker bak en av de nye studiene, som er utgitt i tidsskriftet Astrophysical Journal Letters, og medforsker på en annen, som er utgitt i Astrophysical Journal.
Forskerne argumenterer her for at de nye observasjonene tyder på at det finnes flere ulike typer Ia-supernovaer.
ASASSN-18bts sendte ut en annen type lys enn forskerne hadde forventet, forklarer Stritzinger: Da supernovaen eksploderte, vokste lysstyrken først lineært så eksponentielt.
– Det var ikke det vi hadde forventet. Vi hadde regnet med at den ville vokse eksponentielt helt fra starten. Det gjorde den først etter fire dager, sier han.
Stritzinger mener ASSASSN-18bt er en type supernova som:
- Enten er skapt av en betydelig mengde radioaktivt materiale som blandet seg fra midten av stjernen til de ytre lagene og forårsaket en eksplosjon.
- Eller hadde en ledsagerstjerne som eksploderte på grunn av store mengder helium på overflaten. Denne forklaringen kalles «dobbeldetoneringsscenariet».
Keplers ettermæle
Kepler er et Nasa-romteleskop som i perioden fra år 2009 til 2018 ble brukt til å lete etter planeter som ligner vår egen jord, men går i bane rundt en annen stjerne enn solen.
– Kepler vil først og fremst bli husket for å ha lært oss at det finnes så mange planeter som går i bane rundt andre stjerner, sier Giorgos Leloudas.
Forskerne har hittil regnet begge to som usannsynlige. Og den den tredje studien har en helt annen forklaring.
... eller en tredje, mer klassisk tolkning
Forskerne bak den tredje studien argumenterer for at dataene peker mot en mer tradisjonell teori:
I studien, som også er utgitt i Astrophysical Journal Letters, skriver forskergruppen at ASSASSN-18bt antagelig har hatt en «vanlig» stjerne, og altså ikke en hvit dverg, å stjele stoff fra før den eksploderte.
Det strider ikke mot ideen om at det kan finnes flere typer Ia-supernovaer, men det gir en annen forklaring av denne supernovaens merkelige oppførsel, skriver de.
Dette var faktisk opprinnelige antakelsen da supernovaen ble oppdaget, forklarer Giorgos Leloudas.
Men, fortsetter han, etter hvert som dataene ble behandlet, har forskerne landet på ulike konklusjoner.
– Shappee og Stritzinger argumenterer mot denne forklaringen. De mener at detaljene i lysutviklingen passer bedre med en alternativ modell. Jeg vet ikke helt hva jeg skal tro, for jeg har sett på modellen i detalj, men det er litt av en gåte for meg at de kan nå så ulike konklusjoner, sier han.
Dagens modeller må oppdateres
Leloudas påpeker at Stritzingers og hans medforskere har sammenlignet de nye dataene med observasjoner av lang rekke tidligere supernovaer av typen Ia, forklarer han.
Riktignok finnes det ikke andre observasjoner som er så tett på jorden og samtidig så klare, men Leloudas mener at de argumenterer godt for sitt syn.
Og selv om de to forskergruppene heller til ulike forklaringer, er de enige om det viktigste, forteller Maximilian Stritzinger:
Slik ble de nye observasjonene gjort
Kepler observerte hele tiden den samme biten av himmelen og tok bilder av høy kvalitet hvert 30. minutt.
Det er denne veldig høye tidsoppløsningen som har gjort det mulig for forskerne å observere de tidligste timene av supernovaeksplosjonen som har fått navnet ASSASSN-18bt.
Det var imidlertid ikke Kepler selv, men teleskopnettverket ASAS-SN, som opprinnelig oppdaget eksplosjonen. ASAS-SN står for All-Sky Automated Survey for Supernovae og er et program som fotograferer hele himmelen daglig for å finne nye supernovaer.
Forskerne visste heldigvis at Kepler-teleskopet var i ferd med å ta av bilder akkurat det utsnittet av himmelen som supernovaen befant seg i.
Kombinasjonen av flere ulike teleskoper har gitt de ekstraordinært flotte observasjonene.
Dagens modeller må oppdateres.
– Det finnes en rekke ulike forklaringer på observasjonene våre. Det eneste som er helt sikkert, er at vi må tilbake til tegnebrettet, for det er noe som ikke stemmer.
TESS er klar til å ta over
Og selv om Kepler går av med pensjon, blir det muligheter for flere observasjoner.
Keplers etterfølger, romteleskopet TESS, er nemlig allerede i full vigør, og de første resultatene har nå begynt å strømme inn. Nå skal forskerne lete etter flere observasjoner av tidlige supernovaer.
Jo flere observasjoner, jo bedre kan modellene tilpasses. Forhåpentligvis kan det en dag gi oss et mer endelig svar på hva som utløser den viktigste supernovaeksplosjonen i universet.
– Det viktigste er at vi er forsiktige med analysene, slik at vi ikke ender på feil konklusjon. Det kan være veldig vanskelig å kvitte seg med slike teorier, avslutter Stritzinger.
Referanser:
M.D. Stritzinger mfl: «Red versus Blue: Early Observations of Thermonuclear Supernovae Reveal Two Distinct Populations?», Astrophysical Journal Letters (2018), DOI: 10.3847 Sammendrag
B.J. Shappee mfl: «Seeing Double: ASASSN-18bt Exhibits a Two-Component Rise in The Early-Time K2 Light Curve», Astrophysical Journal (2018)
G. Dimitriadis mfl: «K2 Observations of SN 2018oh Reveal a Two-Component Rising Light Curve for a Type Ia Supernova», Astrophysical Journal Letters (2018)
© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.
