För bara andra gången någonsin, Astrofysiker har sett en spektakulär blixt av ultraviolett (UV) ljus som åtföljer en vit dvärgexplosion.

En extremt sällsynt typ av supernova, evenemanget är redo att ge insikter i flera långvariga mysterier, inklusive vad som får vita dvärgar att explodera, hur mörk energi accelererar kosmos och hur universum skapar tungmetaller, såsom järn.

"UV-blixten säger oss något mycket specifikt om hur den här vita dvärgen exploderade, " sade Northwestern University astrofysiker Adam Miller, som ledde forskningen. "Medan tiden går, det exploderade materialet rör sig längre bort från källan. När materialet förtunnas, vi kan se djupare och djupare. Efter ett år, materialet kommer att vara så tunt att vi kommer att se hela vägen in i mitten av explosionen."

Vid det tillfället, Miller sa, hans team kommer att veta mer om hur denna vita dvärg – och alla vita dvärgar, som är täta rester av döda stjärnor — explodera.

Tidningen kommer att publiceras den 23 juli i The Astrofysisk tidskrift .

Miller är fellow i Northwesterns Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics (CIERA) och chef för Legacy Survey of Space and Time (LSST) Corporation Data Science Fellowship Program.

Vanlig händelse med en sällsynt twist

Använder Zwicky Transient Facility i Kalifornien, forskare såg den märkliga supernovan först i december 2019 – bara en dag efter att den exploderade. Händelsen, dubbad SN2019yvq, inträffade i en relativt närliggande galax belägen 140 miljoner ljusår från jorden, mycket nära svansen av den drakformade Draco-konstellationen.

Inom timmar, astrofysiker använde NASA:s Neil Gehrels Swift Observatory för att studera fenomenet i ultravioletta och röntgenvåglängder. De klassificerade omedelbart SN2019yvq som en typ Ia (uttalas "en-A") supernova, en ganska frekvent händelse som inträffar när en vit dvärg exploderar.

"Detta är några av de vanligaste explosionerna i universum, "Miller sa. "Men det som är speciellt är den här UV-blixten. Astronomer har letat efter detta i åratal och aldrig hittat det. Så vitt vi vet, det här är faktiskt bara andra gången en UV-blixt har setts med en Type Ia supernova."

Uppvärmt mysterium

Den sällsynta blixten, som varade i ett par dagar, indikerar att något inuti eller i närheten av den vita dvärgen var otroligt varmt. Eftersom vita dvärgar blir kallare och svalare när de åldras, värmetillströmningen förbryllade astronomer.

"Det enklaste sättet att skapa UV-ljus är att ha något som är väldigt, väldigt het, " sa Miller. "Vi behöver något som är mycket varmare än vår sol - en faktor tre eller fyra gånger varmare. De flesta supernovor är inte så heta, så att du inte får den mycket intensiva UV-strålningen. Något ovanligt hände med denna supernova för att skapa ett väldigt hett fenomen."

Miller och hans team tror att detta är en viktig ledtråd för att förstå varför vita dvärgar exploderar, som har varit ett långvarigt mysterium inom området. För närvarande, det finns flera konkurrerande hypoteser. Miller är särskilt intresserad av att utforska fyra olika hypoteser, som matchar hans lags dataanalys från SN2019yvq.

Potentiella scenarier som kan få en vit dvärg att explodera med en UV-blixt:

1. En vit dvärg konsumerar sin sällskapsstjärna och blir så stor och instabil att den exploderar. Den vita dvärgens och sällskapsstjärnans material kolliderar, orsakar en blixt av UV-emission;
2. Extremt varmt radioaktivt material i den vita dvärgens kärna blandas med dess yttre lager, får det yttre skalet att nå högre temperaturer än vanligt;
3. Ett yttre skikt av helium antänder kol i den vita dvärgen, orsakar en extremt het dubbelexplosion och en UV-blixt;
4. Två vita dvärgar smälter samman, utlöser en explosion med kolliderande ejekta som avger UV-strålning.

"Inom ett år, "Miller sa, "vi kommer att kunna lista ut vilken av dessa fyra som är den mest troliga förklaringen."

Jordskrossande insikter

När forskarna väl vet vad som orsakade explosionen, de kommer att tillämpa dessa fynd för att lära sig mer om planetbildning och mörk energi.

Eftersom det mesta av järnet i universum skapas av supernovor av typ Ia, bättre förståelse för detta fenomen kan berätta mer om vår egen planet. Järn från exploderade stjärnor, till exempel, bildade kärnan av alla steniga planeter, inklusive jorden.

"Om du vill förstå hur jorden bildades, du måste förstå var järn kom ifrån och hur mycket järn som behövdes, "Sade Miller. "Att förstå hur en vit dvärg exploderar ger oss en mer exakt förståelse för hur järn skapas och distribueras över hela universum."

Upplysande mörk energi

Vita dvärgar spelar redan en enorm roll i fysikers nuvarande förståelse av mörk energi också. Fysiker förutspår att vita dvärgar alla har samma ljusstyrka när de exploderar. Så typ Ia supernovor anses vara "standardljus, " låter astronomer beräkna exakt hur långt explosionerna ligger från jorden. Att använda supernovor för att mäta avstånd ledde till upptäckten av mörk energi, ett fynd som erkändes med 2011 års Nobelpris i fysik.

"Vi har inget direkt sätt att mäta avståndet till andra galaxer, "Förklarade Miller. "De flesta galaxer rör sig faktiskt bort från oss. Om det finns en supernova av typ Ia i en avlägsen galax, vi kan använda den för att mäta en kombination av avstånd och hastighet som gör att vi kan bestämma universums acceleration. Mörk energi förblir ett mysterium. Men dessa supernovor är det bästa sättet att undersöka mörk energi och förstå vad det är."

Och genom att bättre förstå vita dvärgar, Miller tror att vi potentiellt bättre kan förstå mörk energi och hur snabbt den får universum att accelerera.

"Just nu, vid mätning av avstånd, vi behandlar alla dessa explosioner som samma, men vi har goda skäl att tro att det finns flera explosionsmekanismer, " sa han. "Om vi ​​kan fastställa den exakta explosionsmekanismen, vi tror att vi bättre kan separera supernovorna och göra mer exakta avståndsmätningar."