Astronoom Ed Shaya zat in zijn kantoor naar gegevens van NASA's Kepler-ruimtetelescoop in 2012 te kijken toen hij iets ongewoons opmerkte:het licht van een melkwegstelsel was snel met 10 procent helderder geworden. De plotselinge bult in het licht maakte Shaya meteen opgewonden, maar ook zenuwachtig. Het effect kan worden verklaard door de enorme explosie van een ster - een supernova! - of, meer verontrustend, een computerfout.

"Ik herinner me gewoon op die dag, niet wetend of ik het moet geloven of niet, " herinnert hij zich. In plaats van te vieren, hij dacht, 'Heb ik een fout gemaakt? Doe ik dit helemaal verkeerd?'

Stellaire explosies smeden en verspreiden materialen die deel uitmaken van de wereld waarin we leven, en bevatten ook aanwijzingen voor hoe snel het universum uitdijt. Door supernova's te begrijpen, wetenschappers kunnen mysteries ontrafelen die de sleutel zijn tot waar we van gemaakt zijn en het lot van ons universum. Maar om het volledige beeld te krijgen, wetenschappers moeten supernova's vanuit verschillende perspectieven observeren, vooral in de eerste momenten van de explosie. Dat is echt moeilijk - het is niet te zeggen wanneer of waar een supernova kan plaatsvinden.

Een kleine groep astronomen, inclusief Shaya, realiseerde zich dat Kepler een nieuwe techniek zou kunnen bieden voor het jagen op supernova's. Gelanceerd in 2009, Kepler is vooral bekend omdat hij duizenden exoplaneten heeft ontdekt. Maar als een telescoop die lange tijd naar afzonderlijke plekken in de ruimte staart, het kan een enorme schat aan andere kosmische schatten vangen - vooral het soort dat snel verandert of in en uit het zicht springt, zoals supernova's.

"Kepler opende een nieuwe manier om naar de lucht te kijken, " zei Jessie Dotson, Keplers projectwetenschapper, gebaseerd op NASA's Ames Research Center in Silicon Valley in Californië. "Het is ontworpen om één ding heel goed te doen, dat was om planeten rond andere sterren te vinden. Om dat te doen, het moest hoge precisie leveren, continue gegevens, die waardevol is geweest voor andere gebieden van de astronomie."

Oorspronkelijk, Shaya en collega's waren op zoek naar actieve galactische kernen in hun Kepler-gegevens. Een actieve galactische kern is een extreem helder gebied in het centrum van een melkwegstelsel waar een vraatzuchtig zwart gat wordt omgeven door een schijf van heet gas. Ze hadden nagedacht over het zoeken naar supernova's, maar aangezien supernova's zulke zeldzame gebeurtenissen zijn, ze noemden het niet in hun voorstel. "Het was te dubieus, ' zei Shaya.

Niet zeker of het supernovasignaal dat hij vond echt was, Shaya en zijn collega Robert Olling aan de Universiteit van Maryland hebben maandenlang software ontwikkeld om Kepler-gegevens beter te kalibreren. rekening houdend met variaties in temperatuur en richting van het instrument. Nog altijd, het supernovasignaal hield aan. In feite, ze vonden nog vijf supernova's in hun Kepler-monster van meer dan 400 sterrenstelsels. Toen Olling een van de signalen aan Armin Rest liet zien, die nu astronoom is bij het Space Telescope Science Institute in Baltlimore, Rest' mond viel open. "Ik begon te kwijlen, " zei hij. De deur was opengegaan naar een nieuwe manier om stellaire explosies te volgen en te begrijpen.

Vandaag, deze astronomen maken deel uit van de Kepler Extra-Galactic Survey, een samenwerking tussen zeven wetenschappers in de Verenigde Staten, Australië en Chili op zoek naar supernova's en actieve galactische kernen om de fysica van ons universum te verkennen. Daten, ze hebben meer dan 20 supernova's gevonden met behulp van gegevens van het Kepler-ruimtevaartuig, waaronder een exotisch type gerapporteerd door Rest in een nieuwe studie in Natuurastronomie . Er worden er momenteel nog veel meer vastgelegd door Keplers lopende observaties.

"We hebben enkele van de best begrepen supernova's, " zei Brad Tucker, astronoom bij het Mt. Stromlo Observatorium van de Australian National University, die deel uitmaakt van de Kepler Extra-Galactic Survey.

Waarom geven we om supernova's?

Een al lang bestaand mysterie in de astrofysica is hoe en waarom sterren op verschillende manieren exploderen. Een soort supernova vindt plaats wanneer een dichte, dode ster genaamd een witte dwerg explodeert. Een tweede soort treedt op wanneer een enkele gigantische ster het einde van zijn leven nadert, en zijn kern is niet langer bestand tegen de zwaartekrachten die erop werken. De details van deze algemene categorieën worden nog uitgewerkt.

De eerste soort, genaamd "type Ia" (uitgesproken als "een a") is speciaal omdat de intrinsieke helderheid van elk van deze supernova's bijna hetzelfde is. Astronomen hebben deze standaardeigenschap gebruikt om de uitdijing van het heelal te meten en ontdekten dat de verder weg gelegen supernova's minder helder waren dan verwacht. Dit gaf aan dat ze verder weg waren dan wetenschappers hadden gedacht, zoals het licht was uitgerekt over de uitdijende ruimte. Dit bewees dat het universum zich steeds sneller uitbreidt en leverde die onderzoekers de Nobelprijs op in 2011. De leidende theorie is dat een mysterieuze kracht genaamd "donkere energie" alles in het universum van al het andere afduwt, sneller en sneller.

Maar naarmate astronomen steeds meer voorbeelden van type Ia-explosies vinden, inclusief met Kepler, ze beseffen dat niet iedereen gelijk is geschapen. Terwijl sommige van deze supernova's plaatsvinden wanneer een witte dwerg zijn metgezel van te veel materie berooft, andere zijn het resultaat van het samensmelten van twee witte dwergen. In feite, de witte dwergfusies kunnen vaker voorkomen. Meer supernova-onderzoek met Kepler zal astronomen helpen om erachter te komen of verschillende type Ia-mechanismen ertoe leiden dat sommige supernova's helderder zijn dan andere - wat een sleutel zou zijn in hoe ze worden gebruikt om de uitdijing van het universum te meten.

"Om een ​​beter idee te krijgen van het beperken van donkere energie, we moeten beter begrijpen hoe deze type Ia supernova's worden gevormd, ' zei Rust.

Een ander soort supernova, de "kern ineenstorting" variëteit, gebeurt wanneer een massieve ster zijn leven beëindigt in een explosie. Dit omvat "Type II" supernova's. Deze supernova's hebben een karakteristieke schokgolf genaamd de "shock breakout, " die voor het eerst in optisch licht werd vastgelegd door Kepler. Het Kepler Extra-Galactic Survey-team, onder leiding van teamlid Peter Garnavich, een professor astrofysica aan de Universiteit van Notre Dame in Indiana, zag deze schokuitbraak in 2011 Kepler-gegevens van een supernova genaamd KSN 2011d, een explosie van een ster die ongeveer 500 keer zo groot is als onze zon. Verrassend genoeg, het team vond geen uitbraak van een schok in een kleinere type II supernova genaamd KSN 2011a, wiens ster 300 keer zo groot was als de zon - maar in plaats daarvan vond de supernova genesteld in een laag stof, wat suggereert dat er diversiteit is in type II stellaire explosies, te.

Kepler-gegevens hebben andere mysteries over supernova's onthuld. De nieuwe studie onder leiding van Rest in Nature Astronomy beschrijft een supernova op basis van gegevens die zijn vastgelegd door Kepler's uitgebreide missie, genaamd K2, die zijn piekhelderheid bereikt in iets meer dan twee dagen, ongeveer 10 keer minder dan anderen nemen. Het is het meest extreme bekende voorbeeld van een "snel evoluerende lichtgevende transiënte" (FELT) supernova. FELT's zijn ongeveer net zo helder als de type Ia-variëteit, maar stijgt in minder dan 10 dagen en vervaagt in ongeveer 30 dagen. Het is mogelijk dat de ster ongeveer een jaar voor de explosie een dichte gasschil uitspuwde, en toen de supernova plaatsvond, uitgeworpen materiaal raakte de schaal. De energie die vrijkomt bij die botsing zou de snelle opheldering verklaren.

Waarom Kepler?

Telescopen op aarde bieden veel informatie over exploderende sterren, maar alleen gedurende korte perioden - en alleen als de zon ondergaat en de lucht helder is - dus het is moeilijk om de "voor" en "na" effecten van deze explosies te documenteren. Kepler, anderzijds, biedt astronomen de zeldzame mogelijkheid om enkele stukken hemel maandenlang continu in de gaten te houden, zoals de camera op het dashboard van een auto die altijd aan het opnemen is. In feite, de primaire Kepler-missie, die liep van 2009 tot 2013, leverde vier jaar waarnemingen van hetzelfde gezichtsveld, ongeveer elke 30 minuten een foto maken. In de uitgebreide K2-missie, de telescoop houdt zijn blik tot ongeveer drie maanden stil.

Met telescopen op de grond, astronomen kunnen de kleur van de supernova zien en hoe deze met de tijd verandert, waardoor ze erachter kunnen komen welke chemicaliën in de explosie aanwezig zijn. De samenstelling van de supernova helpt bij het bepalen van het type ster dat explodeerde. Kepler, anderzijds, onthult hoe en waarom de ster explodeert, en de details van hoe de explosie vordert. Door de twee datasets samen te gebruiken, astronomen kunnen een vollediger beeld krijgen van het gedrag van supernova's dan ooit tevoren.

Kepler-missieplanners hebben de telescoop in 2013 nieuw leven ingeblazen na de storing van de tweede van zijn vier reactiewielen - apparaten die helpen bij het regelen van de oriëntatie van het ruimtevaartuig. In de configuratie genaamd K2 het moet om de drie maanden rouleren - markeren van het observeren van 'campagnes'. Leden van de Kepler Extra-Galactic Survey beweerden dat in de K2-missie, Kepler kon nog steeds supernova's en andere exotische, verre astrofysische objecten, naast exoplaneten.

De mogelijkheden waren zo opwindend dat het Kepler-team twee K2-observatiecampagnes bedacht die vooral nuttig waren voor het coördineren van supernova-onderzoeken met telescopen op de grond. Campagne 16, die begon op 7 december, 2017, en eindigde op 25 februari, 2018, inbegrepen 9, 000 sterrenstelsels. Er zijn ongeveer 14, 000 in campagne 17, die nu pas begint. In beide campagnes Kepler kijkt in de richting van de aarde, zodat waarnemers op de grond hetzelfde stukje lucht kunnen zien als het ruimtevaartuig. De campagnes hebben een gemeenschap van onderzoekers enthousiast gemaakt die kunnen profiteren van deze zeldzame coördinatie tussen Kepler en telescopen op de grond.

Een recente mogelijke waarneming bracht astronomen dit jaar op Super Bowl Sunday in opstand. zelfs als ze niet in het spel waren. Op die "super" dag, de All Sky Automated Survey for SuperNovae (ASASSN) meldde een supernova in hetzelfde nabijgelegen melkwegstelsel dat Kepler in de gaten hield. Dit is slechts een van de vele kandidaat-evenementen die wetenschappers graag volgen en misschien gebruiken om de geheimen van het universum beter te begrijpen.

Mogelijk komen er nog een paar supernova's van NASA's Transiting Exoplanet Survey Satellite, (TESS) die naar verwachting op 16 april wordt gelanceerd. wetenschappers zullen veel werk voor de boeg hebben zodra ze de volledige dataset van K2's op supernova gerichte campagnes hebben ontvangen.

"Het zal de komende jaren een schat aan supernova-informatie zijn, ' zei Tucker.