Exploderende sterren zorgen voor dramatische lichtshows. Infraroodtelescopen zoals Spitzer kunnen door de waas heen kijken en geven een beter beeld van hoe vaak deze explosies voorkomen.

Je zou denken dat supernova's - de doodsstrijd van massieve sterren en een van de helderste, krachtigste explosies in het universum - moeilijk te missen zijn. Maar het aantal van deze ontploffingen dat in de verre delen van het universum wordt waargenomen, blijft ver achter bij de voorspellingen van astrofysici.

Een nieuwe studie met behulp van gegevens van NASA's onlangs gepensioneerde Spitzer Space Telescope meldt de detectie van vijf supernova's, die onopgemerkt blijven in optisch licht, was nog nooit eerder gezien. Spitzer zag het universum in infrarood licht, die door stofwolken prikt die optisch licht blokkeren - het soort licht dat onze ogen zien en dat onbelemmerde supernova's het helderst uitstralen.

Om verborgen supernova's te zoeken, de onderzoekers keken naar Spitzer-waarnemingen van 40 stoffige sterrenstelsels. (In de ruimte, stof verwijst naar korrelachtige deeltjes met een consistentie vergelijkbaar met rook.) Op basis van het aantal dat ze in deze sterrenstelsels vonden, de studie bevestigt dat supernova's inderdaad zo vaak voorkomen als wetenschappers verwachten. Deze verwachting is gebaseerd op het huidige begrip van wetenschappers over hoe sterren evolueren. Studies als deze zijn nodig om dat inzicht te verbeteren, door bepaalde aspecten ervan te versterken of uit te dagen.

"Deze resultaten met Spitzer laten zien dat de optische onderzoeken waarop we lang hebben vertrouwd voor het detecteren van supernova's tot de helft van de stellaire explosies die daar in het universum plaatsvinden, missen, " zei Ori Fox, een wetenschapper aan het Space Telescope Science Institute in Baltimore, Maryland, en hoofdauteur van de nieuwe studie, gepubliceerd in de Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society . "Het is heel goed nieuws dat het aantal supernova's dat we met Spitzer zien statistisch consistent is met theoretische voorspellingen."

De "supernova-discrepantie" - dat wil zeggen, de inconsistentie tussen het aantal voorspelde supernova's en het aantal waargenomen door optische telescopen - is geen probleem in het nabije universum. Daar, sterrenstelsels hebben hun tempo van stervorming vertraagd en zijn over het algemeen minder stoffig. In de verder afgelegen uithoeken van het heelal, Hoewel, sterrenstelsels lijken jonger, sterren produceren met hogere snelheden, en hebben de neiging om grotere hoeveelheden stof te hebben. Dit stof absorbeert en verstrooit optisch en ultraviolet licht, voorkomen dat het telescopen bereikt. Dus onderzoekers hebben lang beredeneerd dat de ontbrekende supernova's moeten bestaan ​​en gewoon onzichtbaar zijn.

"Omdat het plaatselijk universum een ​​beetje gekalmeerd is sinds de beginjaren van het maken van sterren, we zien de verwachte aantallen supernova's met typische optische zoekopdrachten, " zei Fox. "Het waargenomen supernova-detectiepercentage daalt, echter, naarmate je verder weg komt en terug naar kosmische tijdperken waar stoffige sterrenstelsels domineerden."

Het detecteren van supernova's op deze verre afstanden kan een uitdaging zijn. Om een ​​zoektocht uit te voeren naar supernova's die zijn gehuld in duistere galactische rijken, maar op minder extreme afstanden, Fox's team selecteerde een lokale set van 40 door stof verstikte sterrenstelsels, bekend als lichtgevende en ultralichtgevende infraroodstelsels (LIRG's en ULIRG's, respectievelijk). Het stof in LIRG's en ULIRG's absorbeert optisch licht van objecten zoals supernova's, maar laat infrarood licht van dezelfde objecten ongehinderd door voor telescopen zoals Spitzer om te detecteren.

Het vermoeden van de onderzoekers bleek juist toen de vijf nooit eerder vertoonde supernova's aan het (infrarood)licht kwamen. "Het is een bewijs van Spitzer's ontdekkingspotentieel dat de telescoop het signaal van verborgen supernova's van deze stoffige sterrenstelsels kon opvangen, ' zei Vos.

"Het was vooral leuk voor een aantal van onze niet-gegradueerde studenten om een ​​zinvolle bijdrage te leveren aan dit opwindende onderzoek, " voegde studie co-auteur Alex Filippenko toe, een professor in de astronomie aan de Universiteit van Californië, Berkeley. "Ze hielpen bij het beantwoorden van de vraag, 'Waar zijn alle supernova's gebleven?'"

De soorten supernova's die door Spitzer worden gedetecteerd, staan ​​bekend als "kern-collapse supernova's, " waarbij reuzensterren betrokken zijn met ten minste acht keer de massa van de zon. Naarmate ze oud worden en hun kernen zich vullen met ijzer, de grote sterren kunnen niet langer genoeg energie produceren om hun eigen zwaartekracht te weerstaan, en hun kernen storten in, plotseling en catastrofaal.

De intense drukken en temperaturen die tijdens de snelle instorting ontstaan, vormen via kernfusie nieuwe chemische elementen. De instortende sterren kaatsen uiteindelijk terug uit hun ultradichte kernen, zichzelf aan flarden blazen en die elementen door de ruimte verspreiden. Supernova's produceren "zware" elementen, zoals de meeste metalen. Die elementen zijn nodig voor het opbouwen van rotsplaneten, zoals de aarde, evenals biologische wezens. Algemeen, supernovasnelheden dienen als een belangrijke controle op modellen van stervorming en het ontstaan ​​van zware elementen in het universum.

"Als je weet hoeveel sterren er worden gevormd, dan kun je voorspellen hoeveel sterren zullen ontploffen, "zei Vos. "Of, vice versa, als je weet hoeveel sterren exploderen, je kunt voorspellen hoeveel sterren zich vormen. Het begrijpen van die relatie is van cruciaal belang voor veel studiegebieden in de astrofysica."

Telescopen van de volgende generatie, waaronder NASA's Nancy Grace Roman Space Telescope en de James Webb Space Telescope, zal infrarood licht detecteren, zoals Spitzer.

"Onze studie heeft aangetoond dat stervormingsmodellen consistenter zijn met supernovasnelheden dan eerder werd gedacht, "zei Fox. "En door deze verborgen supernova's te onthullen, Spitzer heeft de weg geëffend voor nieuwe soorten ontdekkingen met de Webb en Romeinse ruimtetelescopen."