En supernova upptäckt av en internationell grupp astronomer har gett en aldrig tidigare skådad blick på de första ögonblicken av en våldsam stjärnexplosion. Laget, ledd av University of Hawaiʻi (UH) Institute for Astronomy's (IfA) Ben Shappee och Carnegie Observatories' Tom Holoien, hittade en mystisk signatur i ljuset från explosionens första timmar. Deras resultat publiceras i en trio av tidningar i Astrofysisk tidskrift .

Denna kategori av supernova, kallas "Typ Ia, " är grundläggande för vår förståelse av kosmos. Deras kärnugnar är avgörande för att generera många av elementen runt omkring oss, och de används som kosmiska linjaler för att mäta avstånd över universum. Trots deras betydelse, den faktiska mekanismen som sätter igång en supernovaexplosion av typ Ia har förblivit svårfångad i årtionden.

Det är därför det är avgörande att fånga dem på bar gärning.

Astronomer har länge försökt få detaljerad information vid de första ögonblicken av explosionerna, med hopp om att ta reda på hur dessa fenomen utlöses. För första gången, de lyckades i februari i år, med upptäckten av en supernova av typ Ia kallad ASASSN-18bt (även känd som SN 2018oh).

ASASSN-18bt upptäcktes av All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN), ett internationellt nätverk av teleskop med huvudkontor vid Ohio State University, som rutinmässigt skannar himlen efter supernovor och andra explosiva händelser. NASA:s rymdteleskop Kepler kunde samtidigt ta kompletterande data om denna händelse. Kepler designades för att vara extremt känslig för små förändringar i ljus för sitt huvuduppdrag att upptäcka extrasolära planeter, så den kunde få särskilt detaljerad information om explosionens tillkomst.

ASASSN-18bt är den närmaste och ljusaste supernovan som någonsin observerats av Kepler, så det erbjöd ett utmärkt tillfälle att testa de dominerande teorierna om supernovabildning, sa Shappee, som är huvudförfattare på upptäckten och tidiga tidningen. "Kepler ljuskurvan är fantastisk. Vi kan undersöka explosionen bara timmar efter att den hände."

Förutom upptäckten och före-upptäcktsdata från ASAS-SN, två IfA himmelundersökningar spelade också avgörande roller. Pre-discovery data från Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System (Pan-STARRS) och Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System (ATLAS) hjälpte till att ge viktig information om färgen på den ljusare supernovan. Pan-STARRS fångade till och med ASASSN-18bt under den första dagen efter explosionen.

Kombinera data från ASAS-SN, Kepler, Pan-STARRS, ATLAS, och teleskop från hela världen, astronomerna insåg att ASASSN-18bt såg ovanligt ut under de första dagarna. "Många supernovor visar en gradvis ökning av ljuset de sänder ut, sa Maria Drout, biträdande professor vid University of Toronto och tredje författare på upptäcktspapperet. "Men för denna händelse, man kunde tydligt se något ovanligt och spännande hända i de tidiga tiderna – något oväntat ytterligare utsläpp."

Typ Ia-supernovor tros härröra från den termonukleära explosionen av en vit dvärgstjärna - den döda kärnan som blir över av en solliknande stjärna efter att den tömt sitt kärnbränsle. Material måste läggas till den vita dvärgen från en medföljande stjärna för att utlösa explosionen, men sällskapsstjärnans natur och hur bränslet överförs har länge diskuterats.

En möjlighet är att detta extra ljus som sågs under supernovans tidiga tider kan vara från den exploderande vita dvärgen som kolliderar med följestjärnan. Även om detta var den ursprungliga hypotesen, detaljerade jämförelser med teoretiska modeller och uppföljande observationer från Keck-teleskopet visade att detta extra ljus har en annan, oförklarat ursprung.

"While the steep increase in ASASSN-18bt's early brightness could indicate that the explosion collides with another star, the data doesn't quite fit predictions for how this should appear, " Holoien said. "Other possibilities, such as an unusual distribution of radioactive isotopes in the exploded star, could also explain what we saw."

Verkligen, recent Keck observations looked for the outer layers that would have been stripped from a nearby star by the violent supernova explosion. "If the donor star was there, we would have seen it, " says Michael Tucker, a graduate student at the Institute for Astronomy and lead author on the Keck paper. "But we just don't see anything."

This supports a recent hypothesis put forth by visiting-IfA astronomer Maximilian Stritzinger of Aarhus University that there may be two distinct populations of Type Ia supernovae—those that show early emission and those that do not—without the need for a nearby star. 

"We are finding that supernovae explosions are more complicated than we previously thought, and that's half the fun, " said Shappee. 

Thanks to ASAS-SN, ATLAS, Pan-STARRS, and other surveys, we are now monitoring the sky every night, so astronomers will find even more new supernovae and catch them at the moment of explosion. As more of these events are found and studied, they will home in on the solution to the longstanding mystery of how these stellar explosions originate.