Astronomen Ed Shaya var på sitt kontor och tittade på data från NASA:s rymdteleskop Kepler 2012 när han märkte något ovanligt:​​Ljuset från en galax hade snabbt ljusnat med 10 procent. Den plötsliga ljusbulten gjorde Shaya omedelbart upphetsad, men också nervös. Effekten kan förklaras av den massiva explosionen av en stjärna – en supernova! – eller, mer besvärande, ett datorfel.

"Jag minns bara den dagen, vet inte om jag ska tro det eller inte, " minns han. Istället för att fira, han trodde, "Har jag gjort ett misstag? Gör jag det här helt fel?"

Stjärnexplosioner skapar och distribuerar material som utgör världen där vi lever, och har även ledtrådar till hur snabbt universum expanderar. Genom att förstå supernovor, forskare kan låsa upp mysterier som är nyckeln till vad vi är gjorda av och vårt universums öde. Men för att få hela bilden, forskare måste observera supernovor från en mängd olika perspektiv, speciellt i de första ögonblicken av explosionen. Det är verkligen svårt - det finns inget att säga när eller var en supernova kan hända härnäst.

En liten grupp astronomer, inklusive Shaya, insåg att Kepler kunde erbjuda en ny teknik för supernovajakt. Lanserades 2009, Kepler är mest känd för att ha upptäckt tusentals exoplaneter. Men som ett teleskop som stirrar på enstaka fläckar av rymden under långa tidsperioder, den kan fånga en stor skara av andra kosmiska skatter - särskilt sådana som förändras snabbt eller dyker in och ut ur sikte, som supernovor.

"Kepler öppnade ett nytt sätt att se på himlen, sa Jessie Dotson, Keplers projektforskare, baserad på NASA:s Ames Research Center i Kaliforniens Silicon Valley. "Den var designad för att göra en sak riktigt bra, som skulle hitta planeter runt andra stjärnor. För att kunna göra det, den var tvungen att leverera hög precision, kontinuerlig data, som har varit värdefullt för andra områden av astronomi."

Ursprungligen, Shaya och kollegor letade efter aktiva galaktiska kärnor i sina Kepler-data. En aktiv galaktisk kärna är ett extremt ljust område i mitten av en galax där ett glupskt svart hål omges av en skiva av het gas. De hade funderat på att söka efter supernovor, men eftersom supernovor är så sällsynta händelser, de nämnde det inte i sitt förslag. "Det var för osäkert, sa Shaya.

Osäker på om supernovasignalen han hittade var verklig, Shaya och hans University of Maryland-kollega Robert Olling tillbringade månader med att utveckla programvara för att bättre kalibrera Kepler-data, med hänsyn till variationer i temperatur och instrumentets riktning. Fortfarande, supernovasignalen bestod. Faktiskt, de hittade ytterligare fem supernovor i deras Kepler-prov av mer än 400 galaxer. När Olling visade en av signalerna till Armin Rest, som nu är astronom vid Space Telescope Science Institute i Baltlimore, Vilans käke tappade. "Jag började dregla, " sa han. Dörren hade öppnats för ett nytt sätt att spåra och förstå stjärnexplosioner.

I dag, dessa astronomer är en del av Kepler Extra-Gactic Survey, ett samarbete mellan sju forskare i USA, Australien och Chile letar efter supernovor och aktiva galaktiska kärnor för att utforska fysiken i vårt universum. Hittills, de har hittat mer än 20 supernovor med hjälp av data från rymdfarkosten Kepler, inklusive en exotisk typ som rapporterats av Rest i en ny studie i Natur astronomi . Många fler registreras för närvarande av Keplers pågående observationer.

"Vi har några av de bäst förstådda supernovorna, sa Brad Tucker, astronom vid Mt. Stromlo Observatory vid Australian National University, som är en del av Kepler Extra-Gactic Survey.

Varför bryr vi oss om supernovor?

Ett långvarigt mysterium inom astrofysik är hur och varför stjärnor exploderar på olika sätt. En sorts supernova inträffar när en tät, död stjärna som kallas en vit dvärg exploderar. En andra sort inträffar när en enda gigantisk stjärna närmar sig slutet av sitt liv, och dess kärna kan inte längre motstå gravitationskrafterna som verkar på den. Detaljerna för dessa allmänna kategorier håller fortfarande på att utarbetas.

Den första sorten, kallas "typ Ia" (uttalas som "ett a") är speciell eftersom den inneboende ljusstyrkan för var och en av dessa supernovor är nästan densamma. Astronomer har använt denna standardegenskap för att mäta universums expansion och fann att de mer avlägsna supernovorna var mindre ljusa än förväntat. Detta tydde på att de var längre bort än vad forskare hade trott, som ljuset hade blivit utsträckt över expanderande utrymme. Detta bevisade att universum expanderar i en accelererande takt och gav dessa forskare Nobelpriset 2011. Den ledande teorin är att en mystisk kraft som kallas "mörk energi" driver allt i universum isär från allt annat, snabbare och snabbare.

Men när astronomer hittar fler och fler exempel på typ Ia-explosioner, inklusive med Kepler, de inser att inte alla är skapade lika. Medan några av dessa supernovor inträffar när en vit dvärg berövar sin följeslagare på för mycket materia, andra är resultatet av två vita dvärgar som smälter samman. Faktiskt, de vita dvärgsammanslagningarna kan vara vanligare. Mer supernovaforskning med Kepler kommer att hjälpa astronomer att ta reda på om olika typ Ia-mekanismer resulterar i att vissa supernovor är ljusare än andra – vilket skulle kasta en skiftnyckel i hur de används för att mäta universums expansion.

"För att få en bättre uppfattning om att begränsa mörk energi, vi måste förstå bättre hur dessa supernovor av typ Ia bildas, "Sade resten.

En annan sorts supernova, sorten "kärnkollaps", händer när en massiv stjärna slutar sitt liv i en explosion. Detta inkluderar "Typ II" supernovor. Dessa supernovor har en karakteristisk stötvåg som kallas "chockutbrott, " som fångades för första gången i optiskt ljus av Kepler. Kepler Extra-Gactic Survey-teamet, ledd av teammedlemmen Peter Garnavich, en astrofysikprofessor vid University of Notre Dame i Indiana, upptäckte detta chockutbrott 2011 Kepler-data från en supernova kallad KSN 2011d, en explosion från en stjärna som är ungefär 500 gånger så stor som vår sol. Förvånande, teamet hittade inte ett chockutbrott i en mindre typ II supernova kallad KSN 2011a, vars stjärna var 300 gånger så stor som solen – men istället fann supernovan inbäddad i ett lager av damm, antyder att det finns mångfald i stjärnexplosioner av typ II, för.

Kepler-data har avslöjat andra mysterier om supernovor. Den nya studien ledd av Rest in Nature Astronomy beskriver en supernova från data som fångats av Keplers utökade uppdrag, kallas K2, som når sin högsta ljusstyrka på bara lite över två dagar, cirka 10 gånger mindre än andra tar. Det är det mest extrema kända exemplet på en "snabbt utvecklande luminous transient" (FELT) supernova. FILTAR är ungefär lika ljusa som typ Ia-sorten, men stiger på mindre än 10 dagar och bleknar efter cirka 30. Det är möjligt att stjärnan spydde ut ett tätt skal av gas ungefär ett år före explosionen, och när supernovan hände, utmatat material träffade skalet. Energin som frigjordes i den kollisionen skulle förklara den snabba ljusningen.

Varför Kepler?

Teleskop på jorden erbjuder mycket information om exploderande stjärnor, men bara under korta tidsperioder – och bara när solen går ner och himlen är klar – så det är svårt att dokumentera "före" och "efter" effekterna av dessa explosioner. Kepler, å andra sidan, erbjuder astronomer den sällsynta möjligheten att övervaka enstaka fläckar av himlen kontinuerligt i månader, som en bils instrumentpanelskamera som alltid spelar in. Faktiskt, det primära Kepler-uppdraget, som sträckte sig från 2009 till 2013, levererade fyra års observationer av samma synfält, ta en bild ungefär var 30:e minut. I det utökade K2-uppdraget, teleskopet håller blicken stadigt i upp till cirka tre månader.

Med markbaserade teleskop, astronomer kan berätta supernovans färg och hur den förändras med tiden, som låter dem ta reda på vilka kemikalier som finns i explosionen. Supernovans sammansättning hjälper till att bestämma vilken typ av stjärna som exploderade. Kepler, å andra sidan, avslöjar hur och varför stjärnan exploderar, och detaljerna om hur explosionen fortskrider. Genom att använda de två datamängderna tillsammans, astronomer kan få fullständigare bilder av supernovornas beteende än någonsin tidigare.

Kepler-uppdragsplanerare återupplivade teleskopet 2013, efter fel på det andra av dess fyra reaktionshjul – enheter som hjälper till att kontrollera rymdfarkostens orientering. I konfigurationen som kallas K2, den måste rotera var tredje månad eller så – markerar observerande "kampanjer". Medlemmar av Kepler Extra-Gactic Survey hävdade att i K2-uppdraget, Kepler kunde fortfarande övervaka supernovor och andra exotiska, avlägsna astrofysiska objekt, förutom exoplaneter.

Möjligheterna var så spännande att Kepler-teamet utarbetade två K2-observationskampanjer särskilt användbara för att koordinera supernovostudier med markbaserade teleskop. Kampanj 16, som började den 7 dec. 2017, och slutade den 25 februari, 2018, ingår 9, 000 galaxer. Det finns cirka 14, 000 i kampanj 17, som bara börjar nu. I båda kampanjerna, Kepler är vänd i riktning mot jorden så att observatörer på marken kan se samma fläck på himlen som rymdfarkosten. Kampanjerna har upphetsat en gemenskap av forskare som kan dra nytta av denna sällsynta koordination mellan Kepler och teleskop på marken.

En nyligen möjlig iakttagelse gjorde att astronomerna blev upprörda på Super Bowl-söndagen i år, även om de inte var med i spelet. På den där "super" dagen, All Sky Automated Survey for SuperNovae (ASASSN) rapporterade att en supernova i samma närliggande galax som Kepler övervakade. Detta är bara en av många kandidathändelser som forskare är glada över att följa upp och kanske använda för att bättre förstå universums hemligheter.

Några fler supernovor kan komma från NASA:s Transiting Exoplanet Survey Satellite, (TESS) som förväntas lanseras den 16 april. Under tiden, forskare kommer att ha mycket arbete framför sig när de får hela datasetet från K2:s supernovafokuserade kampanjer.

"Det kommer att vara en skattkammare av supernovainformation i många år framöver, sa Tucker.