Exploderande stjärnor genererar dramatiska ljusshower. Infraröda teleskop som Spitzer kan se genom diset och för att ge en bättre uppfattning om hur ofta dessa explosioner inträffar.

Man skulle kunna tro att supernovorna – dödsstöten för massiva stjärnor och bland de ljusaste, mest kraftfulla explosioner i universum — skulle vara svåra att missa. Ändå faller antalet av dessa explosioner som observerats i de avlägsna delarna av universum långt ifrån astrofysikernas förutsägelser.

En ny studie som använder data från NASA:s nyligen pensionerade Spitzer Space Telescope rapporterar upptäckten av fem supernovor, som går oupptäckt i optiskt ljus, hade aldrig setts förut. Spitzer såg universum i infrarött ljus, som tränger igenom dammmoln som blockerar optiskt ljus – det slags ljus som våra ögon ser och som otäckta supernovor strålar starkast.

För att söka efter dolda supernovor, forskarna tittade på Spitzer-observationer av 40 dammiga galaxer. (I rymden, damm hänvisar till kornliknande partiklar med en konsistens som liknar rök.) Baserat på antalet de hittade i dessa galaxer, studien bekräftar att supernovor verkligen förekommer så ofta som forskarna förväntar sig att de ska göra. Denna förväntning är baserad på forskarnas nuvarande förståelse av hur stjärnor utvecklas. Studier som denna är nödvändiga för att förbättra den förståelsen, genom att antingen förstärka eller utmana vissa aspekter av den.

"Dessa resultat med Spitzer visar att de optiska undersökningar som vi länge har förlitat oss på för att upptäcka supernovor missar upp till hälften av de stjärnexplosioner som sker där ute i universum, " sa Ori Fox, en forskare vid Space Telescope Science Institute i Baltimore, Maryland, och huvudförfattare till den nya studien, publiceras i Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society . "Det är mycket goda nyheter att antalet supernovor vi ser med Spitzer är statistiskt överensstämmande med teoretiska förutsägelser."

"Supernovadiskrepansen" - det vill säga, inkonsekvensen mellan antalet förutspådda supernovor och antalet observerade av optiska teleskop – är inte ett problem i det närliggande universum. Där, galaxer har saktat ner sin stjärnbildningstakt och är i allmänhet mindre dammiga. I de mer avlägsna delarna av universum, fastän, galaxer verkar yngre, producera stjärnor i högre takt, och tenderar att ha högre mängder damm. Detta damm absorberar och sprider optiskt och ultraviolett ljus, hindrar den från att nå teleskop. Så forskare har länge resonerat att de saknade supernovorna måste existera och bara är osynliga.

"Eftersom lokaluniversumet har lugnat ner sig lite sedan dess första år av stjärntillverkning, vi ser det förväntade antalet supernovor med typiska optiska sökningar, " sa Fox. "Den observerade supernovadetekteringsprocenten går ner, dock, när du kommer längre bort och tillbaka till kosmiska epoker där dammare galaxer dominerade."

Att upptäcka supernovor på så långt avstånd kan vara utmanande. För att utföra en sökning efter supernovor som är höljda i grumligare galaktiska världar men på mindre extrema avstånd, Foxs team valde ut en lokal uppsättning av 40 dammkvävda galaxer, kända som lysande och ultraljusande infraröda galaxer (LIRG och ULIRG, respektive). Dammet i LIRG och ULIRG absorberar optiskt ljus från objekt som supernovor men låter infrarött ljus från samma objekt passera obehindrat för teleskop som Spitzer att upptäcka.

Forskarnas aning visade sig vara korrekt när de fem aldrig tidigare sett supernovorna kom till (infrarött) ljus. "Det är ett bevis på Spitzers upptäcktspotential att teleskopet kunde fånga upp signalen från dolda supernovor från dessa dammiga galaxer, sa Fox.

"Det var särskilt roligt för flera av våra studenter att på ett meningsfullt sätt bidra till denna spännande forskning, " tillade studiens medförfattare Alex Filippenko, professor i astronomi vid University of California, Berkeley. "De hjälpte till att svara på frågan, "Vart har alla supernovorna tagit vägen?"

De typer av supernovor som detekteras av Spitzer är kända som "kärnkollapssupernovor, " som involverar jättestjärnor med minst åtta gånger solens massa. När de blir gamla och deras kärnor fylls med järn, de stora stjärnorna kan inte längre producera tillräckligt med energi för att motstå sin egen gravitation, och deras kärnor kollapsar, plötsligt och katastrofalt.

De intensiva trycken och temperaturerna som produceras under den snabba grottan bildar nya kemiska grundämnen via kärnfusion. De kollapsande stjärnorna återhämtade sig till slut från sina ultratäta kärnor, spränger sig själva i spillror och sprider dessa element i rymden. Supernovor producerar "tunga" element, som de flesta metaller. Dessa element är nödvändiga för att bygga upp steniga planeter, som jorden, såväl som biologiska varelser. Övergripande, supernovahastigheter fungerar som en viktig kontroll av modeller för stjärnbildning och skapandet av tunga element i universum.

"Om du har koll på hur många stjärnor som bildas, då kan du förutsäga hur många stjärnor som kommer att explodera, sade Fox. "Eller, vice versa, om du har koll på hur många stjärnor som exploderar, du kan förutsäga hur många stjärnor som bildas. Att förstå det förhållandet är avgörande för många studier inom astrofysik."

Nästa generations teleskop, inklusive NASA:s Nancy Grace Roman Space Telescope och James Webb Space Telescope, kommer att upptäcka infrarött ljus, som Spitzer.

"Vår studie har visat att stjärnbildningsmodeller är mer överensstämmande med supernovahastigheter än tidigare trott, sade Fox. Och genom att avslöja dessa dolda supernovor, Spitzer har lagt grunden för nya typer av upptäckter med Webb och romerska rymdteleskop."