Många stjärnor exploderar som lysande supernovor när, svullen med åldern, de får slut på bränsle för kärnfusion. Men vissa stjärnor kan bli supernova bara för att de har en nära och irriterande följeslagare som, en dag, stör sin partner så mycket att den exploderar.

Dessa senare händelser kan inträffa i binära stjärnsystem, där två stjärnor försöker dela herravälde. Medan den exploderande stjärnan avger massor av bevis om sin identitet, astronomer måste engagera sig i detektivarbete för att lära sig om den felande följeslagaren som utlöste explosionen.

Den 10 januari vid American Astronomical Society-mötet 2019 i Seattle, ett internationellt team av astronomer meddelade att de har identifierat typen av följeslagningsstjärna som gjorde sin partner i ett binärt system, en kol-syre vit dvärgstjärna, explodera. Genom upprepade observationer av SN 2015cp, en supernova 545 miljoner ljusår bort, teamet upptäckte väterikt skräp som följeslagaren hade fällt före explosionen.

"Närvaron av skräp betyder att följeslagaren antingen var en röd jättestjärna eller liknande stjärna som, innan han fick sin följeslagare att gå till supernova, hade kastat ut stora mängder material, " sa University of Washington astronom Melissa Graham, som presenterade upptäckten och är huvudförfattare på det medföljande dokumentet som godkänts för publicering i The Astrofysisk tidskrift .

Supernovamaterialet slog in i denna stjärnkull med 10 procent ljusets hastighet, vilket fick det att lysa med ultraviolett ljus som upptäcktes av rymdteleskopet Hubble och andra observatorier nästan två år efter den första explosionen. Genom att leta efter bevis på skräpnedslag månader eller år efter en supernova i ett binärt stjärnsystem, teamet tror att astronomer kunde avgöra om följeslagaren hade varit en rörig röd jätte eller en relativt snygg och snygg stjärna.

Teamet gjorde denna upptäckt som en del av en bredare studie av en viss typ av supernova känd som en typ Ia supernova. Dessa uppstår när en kol-syre vit dvärgstjärna exploderar plötsligt på grund av aktiviteten hos en binär följeslagare. Kol-syre vita dvärgar är små, tät och — för stjärnor — ganska stabil. De bildas från de kollapsade kärnorna av större stjärnor och, om den lämnas ostörd, kan bestå i miljarder år.

Typ Ia supernovor har använts för kosmologiska studier eftersom deras konsekventa ljusstyrka gör dem till idealiska "kosmiska fyrar, " enligt Graham. De har använts för att uppskatta universums expansionshastighet och tjänade som indirekta bevis för förekomsten av mörk energi.

Ändå är forskare inte säkra på vilka typer av sällskapsstjärnor som kan utlösa en typ Ia-händelse. Många bevis tyder på att för de flesta supernovor av typ Ia, följeslagaren var sannolikt en annan kol-syre vit dvärg, som inte skulle lämna något väterikt skräp i efterdyningarna. Ändå har teoretiska modeller visat att stjärnor som röda jättar också kan utlösa en supernova av typ Ia, som skulle kunna lämna väterikt skräp som skulle drabbas av explosionen. Av de tusentals supernovor av typ Ia som hittills studerats, endast en liten del observerades senare påverka väterikt material som fälldes av en medföljande stjärna. Tidigare observationer av minst två supernovor av typ Ia upptäckte glödande skräp månader efter explosionen. Men forskare var inte säkra på om dessa händelser var isolerade händelser, eller tecken på att supernovor av typ Ia kan ha många olika sorters sällskapsstjärnor.

"All vetenskap hittills som har gjorts med hjälp av supernovor av typ Ia, inklusive forskning om mörk energi och universums expansion, vilar på antagandet att vi vet ganska väl vad dessa "kosmiska fyrar" är och hur de fungerar, " sade Graham. "Det är mycket viktigt att förstå hur dessa händelser utlöses, och om endast en undergrupp av typ Ia-händelser bör användas för vissa kosmologistudier."

Teamet använde Hubble Space Telescope-observationer för att leta efter ultravioletta utsläpp från 70 supernovor av typ Ia ungefär ett till tre år efter den första explosionen.

"Genom att titta år efter den första händelsen, vi letade efter tecken på chockat material som innehöll väte, vilket skulle tyda på att följeslagaren var något annat än en annan kol-syre vit dvärg, sa Graham.

I fallet med SN 2015cp, en supernova upptäcktes först 2015, forskarna hittade vad de letade efter. År 2017, 686 dagar efter att supernovan exploderade, Hubble plockade upp ett ultraviolett sken av skräp. Detta skräp var långt från supernovakällan - åtminstone 100 miljarder kilometer, eller 62 miljarder miles, bort. Som referens, Plutos bana tar den maximalt 7,4 miljarder kilometer från vår sol.

Genom att jämföra SN 2015cp med de andra supernovorna av typ Ia i deras undersökning, forskarna uppskattar att inte mer än 6 procent av supernovorna av typ Ia har en sådan kattluggföljeslagare. Upprepade, detaljerade observationer av andra typ Ia-händelser skulle hjälpa till att cementera dessa uppskattningar, sa Graham.

Rymdteleskopet Hubble var avgörande för att upptäcka den ultravioletta signaturen av följeslagarens skräp för SN 2015cp. Hösten 2017 forskarna arrangerade ytterligare observationer av SN 2015cp av W.M. Keck Observatory på Hawaii, Karl G. Jansky Very Large Array i New Mexico, European Southern Observatory's Very Large Telescope och NASA:s Neil Gehrels Swift Observatory, bland andra. Dessa data visade sig vara avgörande för att bekräfta närvaron av väte och presenteras i en följeslagare ledd av Chelsea Harris, en forskarassistent vid Michigan State University.

"Upptäckten och uppföljningen av SN 2015cps utsläpp visar verkligen hur det krävs för många astronomer, och en mängd olika typer av teleskop, arbetar tillsammans för att förstå övergående kosmiska fenomen, " sa Graham. "Det är också ett perfekt exempel på serendipitetens roll i astronomiska studier:Om Hubble hade tittat på SN 2015cp bara en månad eller två senare, vi skulle inte ha sett någonting."

Graham är också senior fellow vid UW:s DIRAC Institute och en vetenskapsanalytiker med Large Synoptic Survey Telescope, eller LSST.

"I framtiden, som en del av dess regelbundna schemalagda observationer, LSST kommer automatiskt att detektera optiska emissioner liknande SN 2015cp - från väte som påverkats av material från supernovor av typ Ia, " sade Graham. "Det kommer att göra mitt jobb så mycket lättare!"