Licht van een supernova die slechts zes uur na de eerste stellaire explosie werd uitgezonden, is waargenomen, samen met licht dat twee en acht dagen later werd uitgezonden. De waarneming is gedaan door een internationaal team met behulp van de Hubble Space Telescope (HST). De supernova is ook opmerkelijk omdat hij ongeveer 11.5 miljard jaar geleden plaatsvond, toen het universum nog relatief in de kinderschoenen stond. Het zwakke licht kon alleen worden gezien vanwege het zwaartekrachtlenseffect van een melkwegstelsel dat tussen de aarde en de supernova ligt.
De wetenschappers, van wie het onderzoek wordt beschreven in NATUUR, zag de supernova in archiefbeelden van de HST. Licht van de supernova werd door zwaartekracht gelenzend door de galactische cluster Abell 370, waardoor het drie keer in hetzelfde beeld verscheen. De supernova vond plaats in een dwergstelsel achter Abell 370.
"We hebben een verre supernova-explosie gevonden in een enkele momentopname van NASA's HST die drie verschillende momenten laat zien in het vroege stadium van de explosie", zegt Wenlei Chen, hoofdauteur van de NATUUR paper die is gevestigd aan de Universiteit van Minnesota in de VS. Hij vertelt natuurkunde wereld, “Core-collapse supernova's zoals deze markeren de dood van massieve sterren, die van korte duur zijn omdat ze snel verbranden in vergelijking met sterren met minder massa."
Rode superreus
Toen de kern van de ster explodeerde, ontstond er een schokgolf die het buitenste deel van de ster verwarmde, waardoor het uitzette en afkoelde. Dit geeft aanleiding tot een lichte curve (hoe de helderheid van een ster in de loop van de tijd verandert) met een duidelijke vorm die afhangt van de grootte van de ontplofte ster. Hieruit schat het team dat de straal van de voorloperster ongeveer 530 keer groter was dan die van de zon, een grootte die overeenkomt met een rode superreus. De aanzienlijke roodverschuiving van de lichtcurve van de ster betekent dat het universum slechts 2.2 miljard jaar oud was toen de supernova plaatsvond.
"Dit is de eerste keer dat wetenschappers de grootte van een stervende superreusster hebben kunnen meten zoals die er meer dan 10 miljard jaar geleden uitzag”, legt Chen uit. "Gewoonlijk zijn verre supernova's te zwak om met bestaande telescopen te worden gedetecteerd en geïdentificeerd."
Teamlid José Maria Diego van het Spaanse Instituto de Física de Cantabria legt uit waarom deze ontdekking zo belangrijk is. "Wat deze supernova speciaal maakt, is dat we getuige zijn van de eerste momenten na de explosie", vertelde Diego Natuurkunde wereld. “Supernovae worden normaal gesproken ook veel dichter bij ons gevonden. Deze staat misschien wel in de top vijf van meest verre supernova's die ooit zijn waargenomen."
Diego wijst er ook op dat dit soort supernova's met ineengestorte kern door astronomen 'standaardkaarsen' worden genoemd omdat hun lichtcurven zo goed gedefinieerd zijn dat ze kunnen worden gebruikt om kosmische afstanden te meten. Dit betekent dat het vinden van meer vroege voorbeelden zoals deze zou kunnen helpen bij het testen van modellen van kosmische evolutie.
Einsteins theorie
Deze supernova is inderdaad alleen zichtbaar vanwege een zwaartekrachtverschijnsel dat voortkomt uit de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein uit 1915. De theorie zegt dat een massief object zoals een melkwegstelsel een aanzienlijke vervorming veroorzaakt in de nabije ruimtetijd en dat deze vervorming de baan van het licht dat in de buurt van de melkweg passeert, zal buigen.
Als gevolg hiervan kan een melkwegstelsel fungeren als een zwaartekrachtlens die licht van een verre ster naar de aarde kan focussen, waardoor astronomen een vergroot beeld van de ster krijgen. Een zwaartekrachtlens kan ook meerdere afbeeldingen van dezelfde ster maken die in de ruimte gescheiden zijn.
Het massieve lensobject dat verantwoordelijk is voor het drie keer verschijnen van de verre supernova in het Hubble-beeld, is de galactische cluster Abell 370, die zich bijna 5 miljard lichtjaar van de aarde bevindt in het sterrenbeeld Cetus.
Tijdvolgorde
Het licht in elk van de drie afbeeldingen nam verschillende paden naar de aarde en deze paden hadden verschillende lengtes. Dit betekent dat de afbeeldingen de ster in een reeks van drie verschillende tijdstippen binnen acht dagen na de explosie laten zien.
Zwaartekrachtlensing creëert 'Einstein's kruis' van verre supernova
"Het feit dat een van de beelden overeenkomt met slechts een paar uur na de explosie, is een opmerkelijke ontdekking", voegt Diego toe. "Meestal zien we supernova's dagen of weken nadat ze ontploffen. Alleen supernova's die dicht bij ons explodeerden, zijn uren na de explosie waargenomen. We hebben nog nooit eerder een vroege supernova op deze afstand gezien.”
Chen zegt dat het team van plan is om de James Webb Space Telescope te gebruiken om de supernova verder te onderzoeken en om te zoeken naar supernovae met meer zwaartekrachtlens in het vroege universum. Hij voegt eraan toe dat het ontdekken van verder weg gelegen kern-instortende supernova's astronomen in staat zou moeten stellen een beter begrip te krijgen van stervorming in het vroege heelal.
