Bintang meledak di galaksi berdebu – kita tidak selalu bisa melihatnya

Gambar menunjukkan galaksi Arp 148, ditangkap oleh teleskop Spitzer dan Hubble NASA. Data Spitzer yang diproses secara khusus muncul di dalam lingkaran putih, mengungkapkan cahaya inframerah dari supernova yang tersembunyi oleh debu. Ini adalah salah satu dari lima supernova tersembunyi yang didokumentasikan untuk pertama kalinya dalam sebuah makalah baru-baru ini. Kredit: NASA/JPL-Caltech

Bintang-bintang yang meledak menghasilkan pertunjukan cahaya yang menarik. Teleskop inframerah seperti Spitzer mampu melihat menembus kabut dan memberikan gambaran yang lebih baik tentang seberapa sering letusan ini terjadi.

Anda akan berpikir supernova – pergolakan kematian bintang masif dan di antara ledakan paling terang dan paling kuat di alam semesta – akan sulit untuk dilewatkan. Namun, jumlah ledakan seperti itu yang diamati di bagian terjauh alam semesta jauh lebih rendah daripada perkiraan para ahli astrofisika.

Studi baru menggunakan data dari NASATeleskop Luar Angkasa Spitzer yang baru saja pensiun melaporkan penemuan lima supernova yang belum pernah terlihat sebelumnya, tidak terdeteksi dalam cahaya optik. Spitzer melihat alam semesta dalam cahaya inframerah, yang menembus awan debu yang menghalangi cahaya optik – jenis cahaya yang dilihat mata kita dan supernova yang tidak terhalang memancar paling terang.

Untuk mencari supernova tersembunyi, para peneliti mempelajari pengamatan Spitzer terhadap 40 galaksi berdebu. (Di ruang angkasa, debu mengacu pada partikel seperti butiran dengan konsistensi yang mirip dengan asap.) Berdasarkan jumlah yang mereka temukan di galaksi-galaksi ini, penelitian ini menegaskan bahwa supernova memang terjadi sesering yang diperkirakan para ilmuwan. Prediksi ini didasarkan pada pemahaman para ilmuwan saat ini tentang bagaimana bintang berevolusi. Studi seperti ini diperlukan untuk meningkatkan pemahaman ini, baik dengan memperkuat atau menantang aspek-aspek tertentu darinya.

Unduh poster NASA gratis ini, yang memperingati pensiunan Spitzer Space Telescope. Kredit: NASA/JPL-Caltech

“Hasil dengan Spitzer ini menunjukkan bahwa survei optik yang telah lama kami andalkan untuk mendeteksi supernova melewatkan setengah dari ledakan bintang yang terjadi di luar sana di alam semesta,” kata Ori Fox, ilmuwan di Space Telescope Science Institute. di Baltimore. Maryland, dan penulis utama studi baru, yang diterbitkan di Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. “Ini adalah berita yang sangat baik bahwa jumlah supernova yang kita lihat dengan Spitzer secara statistik konsisten dengan prediksi teoretis.”

“Paradoks supernova” – perbedaan antara jumlah supernova yang diprediksi dan jumlah yang diamati oleh teleskop optik – tidak menjadi masalah di alam semesta terdekat. Di sana, galaksi telah memperlambat laju pembentukan bintang dan umumnya kurang berdebu. Namun, di wilayah alam semesta yang lebih jauh, galaksi tampak lebih muda, menghasilkan bintang dengan kecepatan lebih tinggi, dan cenderung mengandung lebih banyak debu. Debu ini menyerap dan menyebarkan cahaya optik dan ultraviolet, mencegahnya mencapai teleskop. Jadi para peneliti telah lama beralasan bahwa supernova yang hilang pasti ada dan tidak terlihat.

“Karena alam semesta lokal telah sedikit tenang sejak tahun-tahun awal pembentukan bintang, kami melihat jumlah supernova yang diharapkan dengan pencarian optik biasa,” kata Fox. “Namun, tingkat deteksi supernova yang diamati menurun saat Anda bergerak lebih jauh dan kembali ke zaman kosmik ketika galaksi paling berdebu mendominasi.”

Mendeteksi supernova pada jarak yang begitu jauh dapat menjadi tantangan. Untuk melakukan pencarian supernova yang dikelilingi oleh dunia galaksi misterius tetapi pada jarak yang tidak terlalu jauh, tim Fox memilih kelompok lokal yang terdiri dari 40 galaksi yang tersedak debu, yang dikenal sebagai galaksi inframerah bercahaya dan ultra-luminous (masing-masing LIRG dan ULIRG). Debu di LIRG dan ULIRG menyerap cahaya optik dari objek seperti supernova tetapi memungkinkan radiasi infra merah dari objek yang sama ini lewat tanpa terhalang sampai teleskop seperti Spitzer dapat mendeteksinya.

Firasat para peneliti terbukti benar ketika lima supernova yang belum pernah terlihat muncul dalam cahaya (inframerah). “Ini adalah bukti potensi penemuan Spitzer bahwa teleskop mampu menangkap sinyal supernova halus dari galaksi berdebu ini,” kata Fox.

Rekan penulis studi Alex Filippenko, profesor astronomi at Universitas California, Berkeley. “Mereka membantu menjawab pertanyaan, ‘Ke mana perginya semua supernova?’ “

Jenis supernova yang ditemukan Spitzer dikenal sebagai “supernova runtuh dasar”, yang mencakup bintang-bintang raksasa dengan massa setidaknya delapan kali massa Matahari. Seiring bertambahnya usia dan inti mereka terisi dengan besi, bintang-bintang besar tidak dapat lagi menghasilkan energi yang cukup untuk menahan gravitasi mereka sendiri, dan inti mereka tiba-tiba runtuh secara dahsyat.

Tekanan dan suhu intens yang dihasilkan selama melahirkan dengan cepat membentuk unsur-unsur kimia baru melalui fusi nuklir. Bintang-bintang yang runtuh akhirnya memantul dari inti super padat mereka, meledakkan diri mereka menjadi potongan-potongan kecil dan menyebarkan elemen-elemen itu ke seluruh ruang. Supernova menghasilkan elemen “berat”, seperti kebanyakan logam. Unsur-unsur ini sangat penting untuk pembangunan planet berbatu, seperti Bumi, serta organisme biologis. Secara umum, tingkat supernova merupakan pemeriksaan penting model pembentukan bintang dan pembentukan unsur-unsur berat di alam semesta.

“Jika Anda memiliki indikasi berapa banyak bintang yang terbentuk, Anda dapat memprediksi berapa banyak yang akan meledak,” kata Fox. “Atau, sebaliknya, jika Anda memiliki indikasi berapa banyak bintang yang meledak, Anda dapat memprediksi berapa banyak bintang yang terbentuk. Memahami hubungan ini sangat penting untuk banyak bidang studi dalam astrofisika.”

Teleskop generasi berikutnya, termasuk Teleskop Luar Angkasa Roman Nancy Grace NASA dan Teleskop Luar Angkasa James Webb, akan mendeteksi cahaya inframerah, seperti Spitzer.

“Studi kami menunjukkan bahwa model pembentukan bintang lebih konsisten dengan tingkat supernova daripada yang diperkirakan sebelumnya,” kata Fox. “Dengan mengungkap supernova tersembunyi ini, Spitzer membuka jalan bagi penemuan jenis baru dengan teleskop luar angkasa Webb dan Romawi.”

Referensi: “A Spitzer Sebuah survei supernova yang tertutup debu” oleh Uri de Vox, Harish Khandrika, David Rubin, Chadwick Casper, Gary Z Lee, Tamas Szalay, Lee Armos, Alexei V. Filipenko, Michael F. Skrutsky, Lou Strulger dan Schuyler de Van Dyck, 21 Juni 2021 dan Pemberitahuan Bulanan Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/stab1740

Lebih lanjut tentang misi

Laboratorium Propulsi Jet NASA di California Selatan telah melakukan operasi misi dan memimpin misi Teleskop Luar Angkasa Spitzer untuk Direktorat Misi Sains badan tersebut di Washington. Operasi ilmiah dilakukan di Pusat Sains Spitzer di Institut Teknologi California di Pasadena. Operasi pesawat ruang angkasa berbasis di Lockheed Martin Space di Littleton, Colorado. Data diarsipkan di Arsip Ilmu Inframerah yang terletak di IPAC di California Institute of Technology. Caltech berjalan Laboratorium Propulsi Jet ke NASA.