Licht von einer Supernova, die nur sechs Stunden nach der ersten Sternexplosion emittiert wurde, wurde zusammen mit Licht beobachtet, das zwei und acht Tage später emittiert wurde. Die Beobachtung wurde von einem internationalen Team mit dem Hubble Space Telescope (HST) gemacht. Die Supernova ist auch bemerkenswert, weil sie vor etwa 11.5 Milliarden Jahren aufgetreten ist, als das Universum noch in seinen relativen Kinderschuhen steckte. Das schwache Licht konnte nur aufgrund des Gravitationslinseneffekts einer Galaxie gesehen werden, die zwischen der Erde und der Supernova liegt.
Die Wissenschaftler, deren Forschung in beschrieben wird Natur, entdeckte die Supernova in Archivbildern des HST. Das Licht der Supernova wurde vom Galaxienhaufen Abell 370 durch Gravitationslinsen gebündelt, wodurch es dreimal auf demselben Bild erschien. Die Supernova ereignete sich in einer Zwerggalaxie hinter Abell 370.
„Wir haben eine entfernte Supernova-Explosion in einem einzigen Schnappschuss des HST der NASA gefunden, der drei verschiedene Momente in der frühen Phase der Explosion zeigt“, sagt er Wenlei Chen, Hauptautor der Natur Paper, der an der University of Minnesota in den USA lebt. Er sagt Welt der Physik, “Kernkollaps-Supernovae wie diese markieren den Tod massereicher Sterne, die nur von kurzer Dauer sind, weil sie im Vergleich zu Sternen mit geringerer Masse schnell verglühen.“
roter Überriese
Als der Kern des Sterns explodierte, startete eine Schockwelle, die den äußeren Teil des Sterns erhitzte, wodurch er sich ausdehnte und auf dem Weg abkühlte. Dies führt zu einer Lichtkurve (wie sich die Helligkeit eines Sterns im Laufe der Zeit ändert) mit einer bestimmten Form, die von der Größe des explodierten Sterns abhängt. Daraus schätzt das Team, dass der Radius des Vorläufersterns etwa 530-mal größer war als der der Sonne, eine Größe, die mit einem roten Überriesen übereinstimmt. Die signifikante Rotverschiebung der Lichtkurve des Sterns bedeutet, dass das Universum zum Zeitpunkt der Supernova gerade mal 2.2 Milliarden Jahre alt war.
"Dies ist das erste Mal, dass Wissenschaftler die Größe eines sterbenden Überriesensterns messen konnten, wie er vor mehr als 10 Milliarden Jahren war“, erklärt Chen. „Normalerweise sind entfernte Supernovae zu schwach, um mit vorhandenen Teleskopen entdeckt und identifiziert zu werden.“
Teammitglied José Maria Diego vom spanischen Instituto de Física de Cantabria erklärt, warum diese Entdeckung so bedeutend ist. „Das Besondere an dieser Supernova ist, dass wir die ersten Augenblicke nach der Explosion miterleben“, sagte Diego Welt der Physik. „Supernovae werden normalerweise auch viel näher an uns gefunden. Diese gehört vielleicht zu den fünf am weitesten entfernten Supernovae, die je beobachtet wurden.“
Diego weist auch darauf hin, dass diese Arten von Kernkollaps-Supernovae von Astronomen als „Standardkerzen“ bezeichnet werden, weil ihre Lichtkurven so gut definiert sind, dass sie zur Messung kosmischer Entfernungen verwendet werden können. Das bedeutet, dass das Auffinden früherer Beispiele wie dieses dazu beitragen könnte, Modelle der kosmischen Evolution zu testen.
Einsteins Theorie
Tatsächlich ist diese Supernova nur aufgrund eines Gravitationsphänomens sichtbar, das sich aus Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie von 1915 ergibt. Die Theorie besagt, dass ein massives Objekt wie eine Galaxie eine signifikante Verformung in der nahen Raumzeit verursacht und diese Verformung die Flugbahn des Lichts krümmt, das in der Nähe der Galaxie vorbeikommt.
Infolgedessen kann eine Galaxie als Gravitationslinse fungieren, die Licht von einem entfernten Stern auf die Erde fokussieren kann, wodurch Astronomen eine vergrößerte Ansicht des Sterns erhalten. Eine Gravitationslinse kann auch mehrere Bilder desselben Sterns erzeugen, die räumlich getrennt sind.
Das massive Linsenobjekt, das dafür verantwortlich ist, dass die entfernte Supernova dreimal im Hubble-Bild erscheint, ist der galaktische Haufen Abell 370, der fast 5 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Cetus liegt.
Zeitsequenz
Das Licht in jedem der drei Bilder nahm unterschiedliche Wege zur Erde und diese Wege waren unterschiedlich lang. Das bedeutet, dass die Bilder den Stern zu drei verschiedenen Zeitpunkten innerhalb von acht Tagen nach der Explosion zeigen.
Gravitationslinsen erzeugen „Einsteins Kreuz“ einer entfernten Supernova
„Die Tatsache, dass eines der Bilder nur wenige Stunden nach der Explosion entspricht, ist eine bemerkenswerte Entdeckung“, fügt Diego hinzu. „Normalerweise sehen wir Supernovae Tage oder Wochen nach ihrer Explosion. Nur Supernovae, die in unserer Nähe explodierten, wurden Stunden nach der Explosion beobachtet. In dieser Entfernung haben wir noch nie eine frühe Supernova gesehen.“
Chen sagt, dass das Team plant, das James-Webb-Weltraumteleskop zu verwenden, um die Supernova weiter zu untersuchen und nach Supernovae mit stärkerer Gravitationslinse im frühen Universum zu suchen. Er fügt hinzu, dass die Entdeckung weiter entfernter Kernkollaps-Supernovae es den Astronomen ermöglichen sollte, ein besseres Verständnis der Sternentstehung im frühen Universum zu erlangen.
