Για σχεδόν έναν αιώνα, οι αστρονόμοι μελετούν το supernovae με μεγάλο ενδιαφέρον. Αυτά τα θαυμαστά γεγονότα είναι αυτά που συμβαίνουν όταν ένα αστέρι εισέρχεται στην τελική φάση της διάρκειας ζωής του και καταρρέει, ή απογυμνώνεται από ένα συνοδευτικό αστέρι των εξωτερικών του στρωμάτων στο σημείο που υφίσταται πυρήνα κατάρρευσης. Και στις δύο περιπτώσεις, αυτό το γεγονός συνήθως οδηγεί σε μαζική απελευθέρωση υλικού μερικές φορές τη μάζα του Ήλιου μας.
Ωστόσο, μια διεθνής ομάδα επιστημόνων παρακολούθησε πρόσφατα μια σουπερνόβα που ήταν εκπληκτικά αχνή και σύντομη. Οι παρατηρήσεις τους δείχνουν ότι η σουπερνόβα προκλήθηκε από έναν αόρατο σύντροφο, πιθανότατα ένα αστέρι νετρονίων που απογύμνωσε τον σύντροφό του υλικού, προκαλώντας την κατάρρευση και την έξοδο από τη σουπερνόβα. Είναι λοιπόν η πρώτη φορά που οι επιστήμονες έχουν δει τη γέννηση ενός συμπαγούς δυαδικού συστήματος αστεριών νετρονίων.
Η μελέτη, με τίτλο «Μια καυτή και γρήγορη υπερ-απογυμνωμένη σουπερνόβα που πιθανότατα σχημάτισε ένα συμπαγές δυαδικό αστέρι νετρονίων», εμφανίστηκε πρόσφατα στο περιοδικό Επιστήμη. Η μελέτη διευθύνθηκε από την Kishalay De, μεταπτυχιακό φοιτητή από το Τμήμα Αστροφυσικής του Caltech, και περιελάμβανε μέλη από το NASA Goddard Space Flight Center και το Jet Propulsion Laboratory, το Weizmann Institute of Science, το Max Planck Institute for Astrophysics, το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley , και πολλά πανεπιστήμια και παρατηρητήρια.
Η έρευνα της ομάδας διεξήχθη κυρίως στο εργαστήριο του Mansi Kasliwal, βοηθού καθηγητή αστρονομίας στο Caltech και συν-συγγραφέας της μελέτης. Είναι επίσης η κύρια ερευνητής του έργου Global Relay of Observatories Watching Transients Happen (GROWTH), υπό την ηγεσία του Caltech, μιας διεθνούς αστρονομικής συνεργασίας που επικεντρώνεται στη μελέτη της φυσικής των παροδικών (βραχύβια) γεγονότων - δηλαδή σουπερνόβα, αστέρια νετρονίων, μαύρο συγχωνεύσεις οπών και αστεροειδείς κοντά στη γη.
Για χάρη της μελέτης τους, η ομάδα παρατήρησε το γεγονός του σουπερνόβα γνωστό ως iPTF 14gqr, το οποίο εμφανίστηκε στα περίχωρα ενός σπειροειδούς γαλαξία περίπου 920 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη. Κατά τη διάρκεια των παρατηρήσεών τους, παρατήρησαν ότι το σουπερνόβα είχε ως αποτέλεσμα την απελευθέρωση μιας συγκριτικά μέτριας ποσότητας ύλης - περίπου το ένα πέμπτο της μάζας του Ήλιου. Αυτή ήταν η έκπληξη, όπως ανέφερε ο Kasliwali σε πρόσφατο δελτίο τύπου του Caltech:
«Είδαμε τον πυρήνα αυτού του μαζικού αστεριού να καταρρέει, αλλά είδαμε εκπληκτικά μικρή μάζα. Αυτό το αποκαλούμε υπερ-απογυμνωμένο φάκελο σουπερνόβα και εδώ και πολύ καιρό έχει προβλεφθεί ότι υπάρχουν. Αυτή είναι η πρώτη φορά που έχουμε δει πειστικά την κατάρρευση ενός τεράστιου αστεριού που είναι τόσο απαλλαγμένο από ύλη. "
Αυτό το συμβάν ήταν ασυνήθιστο επειδή, για να καταρρεύσουν τα αστέρια, οι πυρήνες τους πρέπει να έχουν τυλιχτεί από τεράστια ποσότητα υλικού εκ των προτέρων. Αυτό έθεσε το ερώτημα πού θα μπορούσαν να έχουν πάει τα αστέρια που λείπουν. Με βάση τις παρατηρήσεις τους, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι ένας συμπαγής σύντροφος (είτε ένας λευκός νάνος είτε ένα αστέρι νετρονίων) πρέπει να το έστειλε με τον καιρό.
Αυτό το σενάριο είναι αυτό που οδηγεί σε σουπερνόβα τύπου Ι, τα οποία εμφανίζονται στο δυαδικό σύστημα που αποτελείται από ένα αστέρι νετρονίων και έναν κόκκινο γίγαντα. Σε αυτήν την περίπτωση, η ομάδα δεν μπορούσε να εντοπίσει τον σύντροφο του αστεριού νετρονίων, αλλά αιτιολόγησε ότι πρέπει να είχε σχηματιστεί σε τροχιά με το άλλο αστέρι, σχηματίζοντας έτσι το αρχικό δυαδικό σύστημα. Στην πραγματικότητα, αυτό σημαίνει ότι παρατηρώντας το iPTF 14gqr, η ομάδα παρακολούθησε τη γέννηση ενός δυαδικού συστήματος που αποτελείται από δύο συμπαγή αστέρια νετρονίων.
Επιπλέον, το γεγονός ότι αυτά τα δύο αστέρια νετρονίων είναι τόσο κοντά μεταξύ τους σημαίνει ότι τελικά θα συγχωνευτούν σε ένα γεγονός παρόμοιο με αυτό που έλαβε χώρα το 2017. Γνωστό ως «γεγονός kilonova», αυτή η συγχώνευση ήταν το πρώτο κοσμικό γεγονός που έγινε προβάλλεται τόσο στα βαρυτικά όσο και στα ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Οι παρατηρήσεις παρακολούθησης έδειξαν επίσης ότι η συγχώνευση πιθανότατα είχε ως αποτέλεσμα το σχηματισμό μιας μαύρης τρύπας.
Αυτό δημιουργεί ευκαιρίες για μελλοντικές έρευνες, οι οποίες θα παρακολουθούν το iPTF 14gqr για να δουν εάν ένα άλλο γεγονός kilonova έχει αποτέλεσμα και δημιουργεί μια άλλη μαύρη τρύπα. Πάνω από όλα αυτά, το γεγονός ότι η ομάδα μπόρεσε να παρακολουθήσει καθόλου το γεγονός ήταν αρκετά τυχερό, δεδομένου ότι αυτά τα φαινόμενα είναι τόσο σπάνια (αντιπροσωπεύουν μόλις το 1% των γεγονότων σουπερνόβα) και βραχύβια. Όπως εξήγησε ο Ντε:
«Χρειάζεστε γρήγορες παροδικές έρευνες και ένα καλά συντονισμένο δίκτυο αστρονόμων παγκοσμίως για να συλλάβετε πραγματικά την πρώιμη φάση ενός σουπερνόβα. Χωρίς δεδομένα στην παιδική της ηλικία, δεν θα μπορούσαμε να καταλήξουμε στο συμπέρασμα ότι η έκρηξη πρέπει να είχε προέλθει από τον καταρρέοντα πυρήνα ενός τεράστιου αστεριού με ένα φάκελο περίπου 500 φορές την ακτίνα του ήλιου. "
Η εκδήλωση εντοπίστηκε για πρώτη φορά από το Παρατηρητήριο Palomar ως μέρος του ενδιάμεσου εργοστασίου Palomar Transient (iPTF) - μια επιστημονική συνεργασία όπου παρατηρητήρια σε όλο τον κόσμο παρακολουθούν τον κόσμο για βραχύβια κοσμικά γεγονότα όπως τα σουπερνόβα. Χάρη στο iPTF που διενήργησε νυχτερινές έρευνες, το τηλεσκόπιο Palomar κατάφερε να εντοπίσει το iPTF 14gqr πολύ σύντομα αφότου πήγε το σουπερνόβα.
Η συνεργασία εξασφάλισε επίσης ότι μόλις το Τηλεσκόπιο Palomar δεν μπορούσε πλέον να το δει (λόγω της περιστροφής της Γης) ότι άλλα παρατηρητήρια μπόρεσαν να συνεχίσουν να το παρακολουθούν και να παρακολουθούν την εξέλιξή του. Κοιτάζοντας μπροστά, το Zwicky Transient Facility (που είναι ο διάδοχος του Παρατηρητηρίου Palomar για το iPTF) θα διεξάγει ακόμη πιο συχνές και ευρείες έρευνες για τον ουρανό, ελπίζοντας να εντοπίσει περισσότερα από αυτά τα σπάνια γεγονότα.
Αυτές οι έρευνες, σε συντονισμό με προσπάθειες παρακολούθησης από δίκτυα όπως το GROWTH, θα επιτρέψουν στους αστρονόμους να μελετήσουν πώς εξελίσσονται τα συμπαγή δυαδικά συστήματα. Αυτό θα οδηγήσει σε μεγαλύτερη κατανόηση όχι μόνο του πώς αυτά τα αντικείμενα αλληλεπιδρούν, αλλά παρέχει περισσότερη εικόνα για το πώς σχηματίζονται τα βαρυτικά κύματα και ορισμένοι τύποι μαύρων οπών.
