La luce di una supernova emessa solo sei ore dopo l'esplosione stellare iniziale è stata osservata insieme alla luce emessa due e otto giorni dopo. L'osservazione è stata effettuata da un team internazionale utilizzando il telescopio spaziale Hubble (HST). La supernova è anche nota per essersi verificata circa 11.5 miliardi di anni fa, quando l'universo era nella sua relativa infanzia. La debole luce poteva essere vista solo a causa dell'effetto di lente gravitazionale di una galassia che si trova tra la Terra e la supernova.
Gli scienziati, la cui ricerca è descritta in Natura, ha individuato la supernova nelle immagini d'archivio dell'HST. La luce della supernova è stata inquadrata gravitazionalmente dall'ammasso galattico Abell 370, facendola apparire tre volte nella stessa immagine. La supernova si è verificata in una galassia nana dietro Abell 370.
"Abbiamo trovato una lontana esplosione di supernova in una singola istantanea dell'HST della NASA che mostra tre diversi momenti nella sua fase iniziale dell'esplosione", afferma Wenlei Chen, autore principale del Natura carta che ha sede presso l'Università del Minnesota negli Stati Uniti. Lui dice Mondo della Fisica, “Le supernove con collasso del nucleo come questa segnano la morte di stelle massicce, che hanno vita breve perché bruciano rapidamente rispetto alle stelle con massa inferiore».
Supergigante rossa
Quando il nucleo della stella è esploso, è stata lanciata un'onda d'urto che ha riscaldato la parte esterna della stella, provocandone l'espansione e il raffreddamento lungo il percorso. Ciò dà origine a una curva di luce (il modo in cui la luminosità di una stella cambia nel tempo) con una forma distinta che dipende dalle dimensioni della stella esplosa. Da questo, il team stima che il raggio della stella progenitrice fosse circa 530 volte più grande di quello del Sole, una dimensione coerente con una supergigante rossa. Il significativo spostamento verso il rosso della curva di luce della stella significa che l'universo aveva solo 2.2 miliardi di anni quando si è verificata la supernova.
"Questa è la prima volta che gli scienziati sono stati in grado di misurare le dimensioni di una stella supergigante morente com'era più di 10 miliardi di anni fa", spiega Chen. "Di solito, le supernovae distanti sono troppo deboli per essere rilevate e identificate utilizzando i telescopi esistenti".
Membro della squadra José Maria Diego dell'Instituto de Física de Cantabria in Spagna spiega perché questo rilevamento è così significativo. "Ciò che rende speciale questa supernova è che stiamo assistendo ai primi istanti dopo l'esplosione", ha detto Diego Mondo della fisica. “Le supernove si trovano normalmente anche molto più vicine a noi. Questa è forse tra le prime cinque supernove più distanti mai osservate”.
Diego sottolinea inoltre che questi tipi di supernove con collasso del nucleo vengono definiti dagli astronomi "candele standard" perché le loro curve di luce sono così ben definite che possono essere utilizzate per misurare le distanze cosmiche. Ciò significa che trovare altri primi esempi come questo potrebbe aiutare a testare i modelli dell'evoluzione cosmica.
La teoria di Einstein
In effetti, questa supernova è visibile solo a causa di un fenomeno gravitazionale che nasce dalla teoria della relatività generale di Albert Einstein del 1915. La teoria afferma che un oggetto massiccio come una galassia provoca una deformazione significativa nello spazio-tempo vicino e questa deformazione piegherà la traiettoria della luce che passa vicino alla galassia.
Di conseguenza, una galassia può fungere da lente gravitazionale in grado di focalizzare la luce da una stella lontana verso la Terra, offrendo agli astronomi una visione ingrandita della stella. Una lente gravitazionale può anche creare più immagini della stessa stella separate nello spazio.
L'enorme oggetto lente responsabile di far apparire la lontana supernova tre volte nell'immagine di Hubble è l'ammasso galattico Abell 370, che si trova a quasi 5 miliardi di anni luce dalla Terra nella costellazione della Cetus.
Sequenza temporale
La luce in ciascuna delle tre immagini ha preso percorsi diversi verso la Terra e questi percorsi erano di lunghezze diverse. Ciò significa che le immagini mostrano la stella in una sequenza di tre tempi diversi entro otto giorni dall'esplosione.
La lente gravitazionale crea la "croce di Einstein" di una lontana supernova
"Il fatto che una delle immagini corrisponda a poche ore dopo l'esplosione è una scoperta notevole", aggiunge Diego. “Di solito vediamo le supernove giorni o settimane dopo che esplodono. Solo le supernove esplose vicino a noi sono state osservate ore dopo l'esplosione. Non abbiamo mai visto una prima supernova a questa distanza”.
Chen afferma che il team prevede di utilizzare il telescopio spaziale James Webb per indagare ulteriormente sulla supernova e per cercare supernove con lente gravitazionale nell'universo primordiale. Aggiunge che la scoperta di supernove più distanti con collasso del nucleo dovrebbe consentire agli astronomi di ottenere una migliore comprensione della formazione stellare nell'universo primordiale.
