När NASA:s Transiting Exoplanet Survey Satellite sköt upp i rymden i april 2018, det gjorde det med ett specifikt mål:att söka i universum efter nya planeter.

Men i nyligen publicerad forskning, ett team av astronomer vid Ohio State University visade att undersökningen, smeknamnet TESS, kan också användas för att övervaka en viss typ av supernova, ge forskare fler ledtrådar om vad som får vita dvärgstjärnor att explodera – och om de element som explosionerna lämnar efter sig.

"Vi har vetat i flera år att dessa stjärnor exploderar, men vi har hemska idéer om varför de exploderar, " sa Patrick Vallely, huvudförfattare till studien och en doktorand i astronomi i Ohio State. "Det stora här är att vi kan visa att den här supernovan inte är förenlig med att ha en vit dvärg (ta massa) direkt från en vanlig stjärnkamrat och explodera in i den - den typ av standardidé som hade lett till att människor försökte att hitta vätesignaturer i första hand. Det vill säga, eftersom TESS-ljuskurvan inte visar några tecken på att explosionen slår in i ytan på en kamrat, och eftersom vätesignaturerna i SALT-spektra inte utvecklas som de andra elementen, vi kan utesluta den standardmodellen."

Deras forskning, detaljerat i Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society , representerar de första publicerade fynden om en supernova som observerats med hjälp av TESS, och lägga till nya insikter till långvariga teorier om de element som lämnats kvar efter att en vit dvärgstjärna exploderat i en supernova.

Dessa grundämnen har länge bekymrat astronomer.

En vit dvärg exploderar i en specifik typ av supernova, en 1a, efter att ha samlat massa från en närliggande sällskapsstjärna och blivit för stor för att förbli stabil, astronomer tror. Men om det är sant, då borde explosionen, astronomer har teoretiserat, lämnar efter sig spårämnen av väte, en avgörande byggsten av stjärnor och hela universum. (Vita dvärgstjärnor, av sin natur, har redan bränt genom sitt eget väte och skulle därför inte vara en källa till väte i en supernova.)

Men tills denna TESS-baserade observation av en supernova, astronomer hade aldrig sett dessa vätespår i explosionens efterdyningar:Denna supernova är den första i sitt slag där astronomer har mätt väte. Det väte, rapporterades först av ett team från Observatories of the Carnegie Institution for Science, kan ändra karaktären på vad astronomer vet om vita dvärgsupernovor.

"Det mest intressanta med just denna supernova är vätet vi såg i dess spektra (de grundämnen som explosionen lämnar efter sig), ", sa Vallely. "Vi har letat efter väte och helium i spektra av den här typen av supernova i åratal – dessa grundämnen hjälper oss att förstå vad som orsakade supernovan i första hand."

Vätet kan betyda att den vita dvärgen konsumerade en närliggande stjärna. I det scenariot, den andra stjärnan skulle vara en normal stjärna i mitten av sin livslängd – inte en andra vit dvärg. Men när astronomer mätte ljuskurvan från denna supernova, kurvan visade att den andra stjärnan i själva verket var en andra vit dvärg. Så var kom vätet ifrån?

Professor i astronomi Kris Stanek, Vallelys rådgivare vid Ohio State och en medförfattare på detta papper, sa att det är möjligt att vätet kom från en sällskapsstjärna - en standard, vanlig stjärna — men han tror att det är mer troligt att vätet kom från en tredje stjärna som råkade befinna sig nära den exploderande vita dvärgen och av en slump konsumerades i supernovan.

"Vi skulle tro att eftersom vi ser detta väte, det betyder att den vita dvärgen konsumerade en andra stjärna och exploderade, men baserat på ljuskurvan vi såg från denna supernova, det kanske inte är sant, sa Stanek.

"Baserat på ljuskurvan, det mest troliga som hände, Vi tror, är att vätet kan komma från en tredje stjärna i systemet, " tillade Stanek. "Så det rådande scenariot, åtminstone i Ohio State just nu, är att sättet att göra en supernova av typ Ia (uttalas 1-A) är genom att ha två vita dvärgstjärnor som interagerar – jämnt kolliderar. Men också att ha en tredje stjärna som ger vätgas."

För Ohio State forskning, Vallely, Stanek och ett team av astronomer från hela världen kombinerade data från TESS, ett teleskop med en diameter på 10 centimeter, med data från All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN för kort.) ASAS-SN leds av Ohio State och består av små teleskop runt om i världen som tittar på himlen efter supernovor i galaxer på avstånd.

TESS, i jämförelse, är designad för att söka på himlen efter planeter i vår närliggande galax – och för att tillhandahålla data mycket snabbare än tidigare satellitteleskop. Det betyder att Ohio State-teamet kunde använda data från TESS för att se vad som hände runt supernovan under de första ögonblicken efter att den exploderade - en aldrig tidigare skådad möjlighet.

Teamet kombinerade data från TESS och ASAS-SN med data från South African Large Telescope för att utvärdera de element som lämnats efter i supernovans kölvatten. De hittade både väte och helium där, två indikatorer på att den exploderande stjärnan på något sätt hade förbrukat en närliggande sällskapsstjärna.

"Det som är riktigt coolt med dessa resultat är, när vi kombinerar data, vi kan lära oss nya saker, " sa Stanek. "Och den här supernovan är det första spännande fallet av den synergin."

Supernovan som detta team observerade var en typ Ia, en typ av supernova som kan uppstå när två stjärnor kretsar runt varandra – det som astronomer kallar ett binärt system. I vissa fall av en typ I-supernova, en av dessa stjärnor är en vit dvärg.

En vit dvärg har bränt bort allt sitt kärnbränsle, lämnar bara en mycket het kärna efter sig. (Vit dvärg temperaturer överstiger 100, 000 grader Kelvin—nästan 200, 000 grader Fahrenheit.) Om inte stjärnan växer sig större genom att stjäla bitar av energi och materia från en närliggande stjärna, den vita dvärgen tillbringar nästa miljard år med att kyla ner innan den förvandlas till en klump svart kol.

Men om den vita dvärgen och en annan stjärna är i ett binärt system, den vita dvärgen tar långsamt massa från den andra stjärnan tills så småningom, den vita dvärgen exploderar till en supernova.

Typ I supernovor är viktiga för rymdvetenskapen – de hjälper astronomer att mäta avstånd i rymden, och hjälp dem att beräkna hur snabbt universum expanderar (en upptäckt så viktig att den vann Nobelpriset i fysik 2011.)

"Dessa är den mest kända typen av supernova - de ledde till att mörk energi upptäcktes på 1990-talet, " sade Vallely. "De är ansvariga för existensen av så många element i universum. Men vi förstår egentligen inte fysiken bakom dem så bra. Och det är det jag verkligen gillar med att kombinera TESS och ASAS-SN här, att vi kan bygga upp dessa data och använda dem för att ta reda på lite mer om dessa supernovor."

Forskare är i stort sett överens om att följeslagningsstjärnan leder till en vit dvärgsupernova, men mekanismen för den explosionen, och sminket av sällskapsstjärnan, är mindre tydliga.

Detta fynd, Stanek sa, ger några bevis för att följeslagaren i denna typ av supernova sannolikt är en annan vit dvärg.

"Vi ser något nytt i denna data, och det hjälper vår förståelse av Ia-supernovafenomenet, ", sa han. "Och vi kan förklara allt detta i termer av de scenarier vi redan har - vi behöver bara tillåta att den tredje stjärnan i det här fallet är källan till väte."