När den är liten, täta stjärnor som kallas vita dvärgar exploderar, de producerar ljusa, kortlivade flammor som kallas supernovor av typ Ia. Dessa supernovor är informativa kosmologiska markörer för astronomer – till exempel, de användes för att bevisa att universum accelererar i sin expansion.

Vita dvärgar är inte alla lika, allt från hälften av vår sols massa till nästan 50 procent mer massiv än vår sol. Vissa exploderar i supernovor av typ Ia; andra dör helt enkelt tyst. Nu, genom att studera "fossilerna" hos sedan länge exploderade vita dvärgar, Caltech-astronomer har upptäckt att tidigt i universum, vita dvärgar exploderade ofta med lägre massor än de gör idag. Denna upptäckt indikerar att en vit dvärg kan explodera av en mängd olika orsaker, och behöver inte nödvändigtvis nå en kritisk massa innan den exploderar.

En artikel om forskningen, ledd av Evan Kirby, biträdande professor i astronomi, visas i Astrofysisk tidskrift .

Nära slutet av deras liv, en majoritet av stjärnor som vår sol sjunker ner i dunkel, täta vita dvärgar, med all sin massa packad i ett utrymme ungefär lika stort som jorden. Ibland, vita dvärgar exploderar i vad som kallas en typ Ia (uttalas en-A) supernova.

Det är osäkert varför vissa vita dvärgar exploderar medan andra inte gör det. I början av 1900-talet, en astrofysiker vid namn Subrahmanyan Chandrasekhar beräknade att om en vit dvärg hade mer än 1,4 gånger massan av vår sol, det skulle explodera i en typ Ia supernova. Denna mässa kallades Chandrasekhar-mässan. Även om Chandrasekhars beräkningar gav en förklaring till varför några mer massiva vita dvärgar exploderar, den förklarade inte varför andra vita dvärgar mindre än 1,4 solmassor också exploderar.

Att studera supernovor av typ Ia är en tidskänslig process; de blossar in i existens och försvinner tillbaka till mörkret inom några månader. För att studera svunna supernovor och de vita dvärgarna som producerade dem, Kirby och hans team använder en teknik som i dagligt tal kallas galaktisk arkeologi.

Galaktisk arkeologi är processen att leta efter kemiska signaturer av explosioner från länge sedan i andra stjärnor. När en vit dvärg exploderar i en supernova av typ Ia, den förorenar sin galaktiska miljö med element som smiddes i explosionen - tunga element som nickel och järn. Ju mer massiv en stjärna är när den exploderar, desto tungare grundämnen kommer att bildas i supernovan. Sedan, dessa element blir inkorporerade i alla nybildade stjärnor i den regionen. Precis som fossiler idag ger ledtrådar om djur som länge har upphört att existera, mängderna nickel i stjärnor illustrerar hur massiva deras sedan länge exploderade föregångare måste ha varit.

Med hjälp av Keck II-teleskopet, Kirby och hans team tittade först på vissa antika galaxer, de som fick slut på material för att bilda stjärnor under de första miljarderna av universums liv. De flesta av stjärnorna i dessa galaxer, laget hittade, hade relativt låg nickelhalt. Detta betydde att de exploderade vita dvärgarna som gav dem nickel måste ha varit relativt låg massa - ungefär lika massiva som solen, lägre än Chandrasekhar-massan.

Än, forskarna fann att nickelhalten var högre i mer nyligen bildade galaxer, vilket betyder att allt eftersom mer tid gick sedan Big Bang, vita dvärgar hade börjat explodera vid högre massor.

"Vi fann att i det tidiga universum, vita dvärgar exploderade med lägre massor än senare under universums livstid, " säger Kirby."Det är fortfarande oklart vad som har drivit fram denna förändring."

Att förstå processerna som resulterar i supernovor av typ Ia är viktigt eftersom själva explosionerna är användbara verktyg för att göra mätningar av universum. Oavsett hur de exploderade, de flesta supernovor av typ Ia följer ett välkarakteriserat förhållande mellan deras ljusstyrka och den tid det tar för dem att blekna.

"Vi kallar supernovor av typ Ia 'standardiserbara ljus." Om du tittar på ett ljus på avstånd, det kommer att se mörkare ut än när det är på nära håll. Om du vet hur ljust det ska vara på nära håll, och du mäter hur ljust det är på avstånd, du kan beräkna det avståndet, " säger Kirby. "Supernovor av typ Ia har varit mycket användbara för att beräkna saker som universums expansionshastighet. Vi använder dem hela tiden i kosmologin. Så, det är viktigt att förstå var de kommer ifrån och karakterisera de vita dvärgarna som genererar dessa explosioner."

Nästa steg är att studera andra grundämnen än nickel, särskilt, mangan. Manganproduktion är mycket känslig för massan av supernovan som producerar den, och ger därför ett exakt sätt att validera de slutsatser som nickelhalten drar.

Uppsatsen har titeln "Bevis för sub-Chandrasekhar Typ Ia supernovor från Stellar Abundances in Dwarf Galaxies."