当NASA的Transiting Exoplanet Survey Satellite于2018年4月进入太空时,它的确有一个特定的目标:在宇宙中寻找新的行星。

但在最近发表的一项研究中,俄亥俄州立大学的天文学家团队表示,这项名为TESS的调查也可用于监测特定类型的超新星,为科学家提供更多有关白矮星爆炸原因的线索 - 以及关于那些爆炸留下的元素。

“多年来我们都知道这些恒星会爆炸,但我们对它们爆炸的原因有很糟糕的看法,”该研究的第一作者,俄亥俄州天文学研究生帕特里克·瓦莱利说。“这里最重要的是,我们能够证明这颗超新星与一颗标准恒星伴星直接拥有一颗白矮星(接受质量)不一致并爆炸 - 这种标准理念导致了人们试图首先找到氢气特征。也就是说,因为TESS光线曲线没有显示爆炸撞击同伴表面的任何证据,并且因为SALT光谱中的氢特征不会像其他元素,我们可以排除标准模型。“

他们的研究详见“皇家天文学会每月通告”,代表了首次发表的关于使用TESS观测到的超新星的研究结果,并为长期持有的关于白矮星爆炸成超新星后留下的元素的理论增添了新的见解。

这些元素长期困扰着天文学家。

天文学家认为,一颗白矮星在从附近的伴星中收集质量并且生长得太大而不能保持稳定之后爆炸成特定类型的超新星,即1a。但如果这是真的,那么爆炸应该是天文学家理论化的,留下氢的微量元素,这是恒星和整个宇宙的重要组成部分。(白矮星,就其本质而言,已经通过自身的氢燃烧,因此不会成为超新星中氢的来源。)

但是,直到基于TESS的超新星观测,天文学家从未见过爆炸后果中的氢痕迹:这颗超新星是天文学家测量氢的第一种超新星。卡内基科学研究所观测站的一个小组首先报告说,这种氢可以改变天文学家对白矮星超新星的了解。

“关于这颗特殊超新星的最有趣的事情是我们在光谱中看到的氢气(爆炸留下的元素),”Vallely说。“我们多年来一直在寻找这种超新星光谱中的氢和氦 - 这些元素帮助我们了解最初导致超新星的原因。”

氢可能意味着白矮星消耗了附近的恒星。在那种情况下,第二颗恒星将在其寿命中间成为正常恒星 - 而不是第二颗白矮星。但是当天文学家测量这颗超新星的光线曲线时,曲线表明第二颗恒星实际上是第二颗白矮星。那氢气来自哪里?

天文学教授Kris Stanek,Vallely在俄亥俄州立大学担任顾问,也是本文的共同作者,他说氢可能来自一颗伴星 - 一颗标准的常规恒星 - 但他认为更有可能是氢气来自第三颗恒星,恰好靠近爆炸的白矮星,并且偶然在超新星中消耗。

“我们会认为,因为我们看到这种氢,这意味着白矮星消耗了第二颗恒星并爆炸,但根据我们从这颗超新星看到的光线曲线,这可能不是真的,”Stanek说。

“根据光线曲线,我们认为最可能发生的事情是氢气可能来自系统中的第三颗恒星,”Stanek补充道。“所以现在至少在俄亥俄州立大学的流行情景是,制造Ia型(发音为1-A)超新星的方法是让两颗白矮星相互作用 - 甚至碰撞。但也有第三颗恒星提供氢气。“

对于俄亥俄州的研究,Vallely,Stanek和来自世界各地的天文学家团队将来自10厘米直径望远镜TESS的数据与来自全天空自动超新星测量数据(简称ASAS-SN)的数据相结合。 ASAS-SN由俄亥俄州立大学领导,由世界各地的小望远镜组成,在遥远的星系中观看天空中的超新星。

相比之下,TESS旨在搜索天空中我们附近星系中的行星 - 并提供比以前的卫星望远镜更快的数据。这意味着俄亥俄州立大学的团队能够使用来自TESS的数据,看看超新星在爆炸后的第一时间发生了什么 - 这是一个前所未有的机会。

该团队将来自TESS和ASAS-SN的数据与来自南非大望远镜的数据相结合,以评估超新星尾迹中留下的元素。他们在那里发现了氢气和氦气两种指标,爆炸的恒星以某种方式消耗了附近的伴星。

“这些结果真的很酷,当我们结合数据时,我们可以学到新东西,”Stanek说。“而这颗超新星是这种协同作用的第一个激动人心的案例。”

这个团队观测到的超新星是Ia型,一种超新星,当两颗恒星相互绕行时可以发生 - 天文学家称之为二元系统。在某些I型超新星的情况下,其中一颗恒星是白矮星。

一颗白矮星已经烧掉了它所有的核燃料,只留下了一个非常热的核心。(白矮星温度超过10万开氏度 - 接近200,000华氏度。)除非星星通过偷走附近恒星的能量和物质而变大,否则白矮星将在接下来的十亿年中冷却下来,然后变成一团黑色碳。

但是如果白矮星和另一颗恒星处于二元系统中,白矮星慢慢地从另一颗恒星中获取质量,直到最终白矮星爆炸成超新星。

I型超新星对于空间科学非常重要 - 它们可以帮助天文学家测量太空中的距离,并帮助他们计算宇宙膨胀的速度(这一发现非常重要,以至于它在2011年获得了诺贝尔物理学奖。)

“这些是最着名的超新星类型 - 它们导致在20世纪90年代发现暗能量,”Vallely说。“他们对宇宙中存在的这么多元素负有责任。但是我们并没有真正理解它们背后的物理特性。这就是我真正喜欢在这里结合TESS和ASAS-SN,我们可以建立这个数据并用它来了解这些超新星的更多信息。“

科学家普遍认为,这颗伴星会导致白矮星超新星,但这种爆炸的机制以及伴星的构成还不太清楚。

斯坦尼克说,这一发现提供了一些证据,证明这种超新星中的伴星可能是另一颗白矮星。

“我们在这些数据中看到了新的东西,它有助于我们了解Ia超新星现象,”他说。“我们可以根据我们已经拥有的情景来解释这一切 - 我们只需要允许第三颗恒星在这种情况下成为氢气的来源。”