L'astronomo Ed Shaya era nel suo ufficio a guardare i dati del telescopio spaziale Kepler della NASA nel 2012 quando ha notato qualcosa di insolito:la luce di una galassia si era rapidamente schiarita del 10%. L'improvviso urto di luce ha entusiasmato Shaya all'istante, ma anche nervoso. L'effetto potrebbe essere spiegato dalla massiccia esplosione di una stella - una supernova! - oppure, più preoccupante, un errore informatico.

"Ricordo solo quel giorno, non sapendo se crederci o no, " ricorda. Piuttosto che festeggiare, pensava, "Ho fatto un errore? Sto sbagliando tutto questo?"

Esplosioni stellari forgiano e distribuiscono materiali che compongono il mondo in cui viviamo, e contengono anche indizi sulla velocità di espansione dell'universo. Comprendendo le supernove, gli scienziati possono svelare misteri che sono la chiave di ciò di cui siamo fatti e del destino del nostro universo. Ma per avere il quadro completo, gli scienziati devono osservare le supernove da una varietà di prospettive, soprattutto nei primi istanti dell'esplosione. È davvero difficile:non si sa quando o dove potrebbe accadere una supernova.

Un piccolo gruppo di astronomi, compresa Shaya, si rese conto che Keplero poteva offrire una nuova tecnica per la caccia alle supernovae. Lanciato nel 2009, Keplero è meglio conosciuto per aver scoperto migliaia di esopianeti. Ma come un telescopio che fissa singole porzioni di spazio per lunghi periodi di tempo, può catturare un vasto tesoro di altri tesori cosmici, specialmente quelli che cambiano rapidamente o compaiono e scompaiono dalla vista, come le supernove.

"Kepler ha aperto un nuovo modo di guardare il cielo, " disse Jessie Dotson, scienziato del progetto di Keplero, con sede presso l'Ames Research Center della NASA nella Silicon Valley in California. "È stato progettato per fare una cosa davvero bene, che doveva trovare pianeti intorno ad altre stelle. Per farlo, doveva fornire alta precisione, dati continui, che è stato prezioso per altre aree dell'astronomia."

Originariamente, Shaya e colleghi stavano cercando nuclei galattici attivi nei loro dati di Kepler. Un nucleo galattico attivo è un'area estremamente luminosa al centro di una galassia in cui un vorace buco nero è circondato da un disco di gas caldo. Avevano pensato di cercare le supernove, ma poiché le supernove sono eventi così rari, non l'hanno menzionato nella loro proposta. "Era troppo incerto, "ha detto Shaya.

Non sono sicuro che il segnale della supernova che ha trovato fosse reale, Shaya e il suo collega dell'Università del Maryland, Robert Olling, hanno trascorso mesi a sviluppare software per calibrare meglio i dati di Kepler, tenendo conto delle variazioni di temperatura e del puntamento dello strumento. Ancora, il segnale della supernova persisteva. Infatti, hanno trovato altre cinque supernovae nel loro campione Keplero di oltre 400 galassie. Quando Olling ha mostrato uno dei segnali ad Armin Rest, che ora è astronomo allo Space Telescope Science Institute di Baltlimore, La mascella di Rest cadde. "Ho iniziato a sbavare, " ha detto. La porta si era aperta a un nuovo modo di tracciare e comprendere le esplosioni stellari.

Oggi, questi astronomi fanno parte del Kepler Extra-Galactic Survey, una collaborazione tra sette scienziati negli Stati Uniti, Australia e Cile alla ricerca di supernovae e nuclei galattici attivi per esplorare la fisica del nostro universo. Ad oggi, hanno trovato più di 20 supernove utilizzando i dati della sonda Kepler, incluso un tipo esotico riportato da Rest in un nuovo studio in Astronomia della natura . Molti altri sono attualmente registrati dalle continue osservazioni di Keplero.

"Abbiamo alcune delle supernove meglio conosciute, "ha detto Brad Tucker, astronomo presso l'Osservatorio del Monte Stromlo presso l'Australian National University, che fa parte del Kepler Extra-Galactic Survey.

Perché ci interessano le supernove?

Un mistero di vecchia data in astrofisica è come e perché le stelle esplodono in modi diversi. Un tipo di supernova si verifica quando un denso, esplode una stella morta chiamata nana bianca. Un secondo tipo si verifica quando una singola stella gigantesca si avvicina alla fine della sua vita, e il suo nucleo non può più resistere alle forze gravitazionali che agiscono su di esso. I dettagli di queste categorie generali sono ancora in fase di elaborazione.

Il primo tipo, chiamato "tipo Ia" (pronunciato come "uno a") è speciale perché la luminosità intrinseca di ciascuna di queste supernove è quasi la stessa. Gli astronomi hanno utilizzato questa proprietà standard per misurare l'espansione dell'universo e hanno scoperto che le supernove più distanti erano meno luminose del previsto. Ciò indicava che erano più lontani di quanto gli scienziati avessero pensato, come la luce si era distesa sullo spazio in espansione. Ciò ha dimostrato che l'universo si sta espandendo a un ritmo accelerato e ha fatto guadagnare a quei ricercatori il Premio Nobel nel 2011. La teoria principale è che una forza misteriosa chiamata "energia oscura" sta spingendo tutto nell'universo a parte tutto il resto, sempre più veloce.

Ma poiché gli astronomi trovano sempre più esempi di esplosioni di tipo Ia, anche con Keplero, si rendono conto che non tutti sono creati uguali. Mentre alcune di queste supernove si verificano quando una nana bianca deruba la sua compagna di troppa materia, altri sono il risultato della fusione di due nane bianche. Infatti, le fusioni delle nane bianche potrebbero essere più comuni. Ulteriori ricerche sulle supernovae con Kepler aiuteranno gli astronomi a scoprire se i diversi meccanismi di tipo Ia fanno sì che alcune supernove siano più luminose di altre, il che bloccherebbe il modo in cui vengono utilizzate per misurare l'espansione dell'universo.

"Per avere un'idea migliore di come limitare l'energia oscura, dobbiamo capire meglio come si formano queste supernove di tipo Ia, "Resto ha detto.

Un altro tipo di supernova, la varietà "core collasso", accade quando una stella massiccia termina la sua vita in un'esplosione. Ciò include le supernove di "Tipo II". Queste supernovae hanno una caratteristica onda d'urto chiamata "shock breakout, " che è stato catturato per la prima volta in luce ottica da Kepler. Il team di Kepler Extra-Galactic Survey, guidato dal membro del team Peter Garnavich, professore di astrofisica all'Università di Notre Dame in Indiana, individuato questo shock nel 2011 i dati di Kepler da una supernova chiamata KSN 2011d, un'esplosione da una stella circa 500 volte la dimensione del nostro Sole. Sorprendentemente, il team non ha trovato uno shock breakout in una supernova di tipo II più piccola chiamata KSN 2011a, la cui stella era 300 volte più grande del Sole, ma ha invece trovato la supernova annidata in uno strato di polvere, suggerendo che c'è diversità nelle esplosioni stellari di tipo II, pure.

I dati di Keplero hanno rivelato altri misteri sulle supernove. Il nuovo studio condotto da Rest in Nature Astronomy descrive una supernova dai dati catturati dalla missione estesa di Kepler, chiamato K2, che raggiunge il suo massimo splendore in poco più di due giorni, circa 10 volte meno di altri. È l'esempio più estremo conosciuto di una supernova "transitoria luminosa in rapida evoluzione" (FELT). I FELTRI sono brillanti quanto la varietà di tipo Ia, ma sorge in meno di 10 giorni e svanisce in circa 30. È possibile che la stella abbia vomitato un denso guscio di gas circa un anno prima dell'esplosione, e quando è avvenuta la supernova, il materiale espulso ha colpito il guscio. L'energia rilasciata in quella collisione spiegherebbe il rapido schiarimento.

Perché Keplero?

I telescopi sulla Terra offrono molte informazioni sulle stelle che esplodono, ma solo per brevi periodi di tempo - e solo quando il Sole tramonta e il cielo è sereno - quindi è difficile documentare gli effetti "prima" e "dopo" di queste esplosioni. Keplero, d'altra parte, offre agli astronomi la rara opportunità di monitorare ininterrottamente singole porzioni di cielo per mesi, come la telecamera del cruscotto di un'auto che registra sempre. Infatti, la missione primaria di Keplero, dal 2009 al 2013, consegnato quattro anni di osservazioni dello stesso campo visivo, scattare una foto ogni 30 minuti circa. Nella missione estesa K2, il telescopio mantiene lo sguardo fisso fino a circa tre mesi.

Con i telescopi terrestri, gli astronomi possono dire il colore della supernova e come cambia nel tempo, che consente loro di capire quali sostanze chimiche sono presenti nell'esplosione. La composizione della supernova aiuta a determinare il tipo di stella che è esplosa. Keplero, d'altra parte, rivela come e perché la stella esplode, e i dettagli di come procede l'esplosione. Utilizzando i due set di dati insieme, gli astronomi possono ottenere immagini più complete del comportamento delle supernove che mai.

I pianificatori della missione Kepler hanno fatto rivivere il telescopio nel 2013, dopo il malfunzionamento della seconda delle sue quattro ruote di reazione, dispositivi che aiutano a controllare l'orientamento del veicolo spaziale. Nella configurazione denominata K2, deve ruotare ogni tre mesi circa, segnando l'osservazione delle "campagne". I membri del Kepler Extra-Galactic Survey hanno affermato che nella missione K2, Keplero poteva ancora monitorare supernovae e altri animali esotici, oggetti astrofisici lontani, oltre agli esopianeti.

Le possibilità erano così entusiasmanti che il team di Kepler ha ideato due campagne di osservazione del K2 particolarmente utili per coordinare gli studi sulle supernove con i telescopi terrestri. Campagna 16, iniziata il 7 dicembre 2017, e si è conclusa il 25 febbraio, 2018, incluso 9, 000 galassie. Sono circa 14, 000 nella campagna 17, che sta appena cominciando adesso. In entrambe le campagne, Kepler è rivolto nella direzione della Terra in modo che gli osservatori a terra possano vedere lo stesso pezzo di cielo della navicella spaziale. Le campagne hanno entusiasmato una comunità di ricercatori che possono trarre vantaggio da questo raro coordinamento tra Kepler e i telescopi a terra.

Un recente possibile avvistamento ha irritato gli astronomi durante la domenica del Super Bowl di quest'anno, anche se non erano nel gioco. In quel "super" giorno, l'All Sky Automated Survey for SuperNovae (ASASSN) ha riportato una supernova nella stessa galassia vicina che Kepler stava monitorando. Questo è solo uno dei tanti eventi candidati che gli scienziati sono entusiasti di seguire e forse utilizzare per comprendere meglio i segreti dell'universo.

Qualche altra supernova potrebbe provenire dal satellite Transiting Exoplanet Survey della NASA, (TESS) che dovrebbe essere lanciato il 16 aprile. Nel frattempo, gli scienziati avranno molto lavoro davanti a loro una volta ricevuto il set di dati completo dalle campagne incentrate sulle supernovae del K2.

"Sarà un tesoro di informazioni sulle supernovae per gli anni a venire, " ha detto Tucker.