Zaobserwowano światło z supernowej, która została wyemitowana zaledwie sześć godzin po początkowej eksplozji gwiazdy, a także światło wyemitowane dwa i osiem dni później. Obserwacji dokonał międzynarodowy zespół za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble'a (HST). Supernowa jest również znana z tego, że pojawiła się około 11.5 miliarda lat temu, kiedy wszechświat był we względnym powijakach. Słabe światło było widoczne tylko dzięki efektowi soczewkowania grawitacyjnego galaktyki, która leży między Ziemią a supernową.
Naukowcy, których badania opisano w Natura, zauważył supernową na archiwalnych zdjęciach z HST. Światło z supernowej zostało soczewkowane grawitacyjnie przez gromadę galaktyk Abell 370, co spowodowało, że pojawiła się ona trzy razy na tym samym zdjęciu. Supernowa pojawiła się w galaktyce karłowatej za Abell 370.
„Znaleźliśmy odległą eksplozję supernowej na pojedynczym zdjęciu wykonanym przez HST NASA, pokazującym trzy różne momenty we wczesnej fazie eksplozji”, mówi Wenlei Chen, główny autor Natura papier, który ma siedzibę na University of Minnesota w USA. On mówi Świat Fizyki”,Supernowe z zapadnięciem się jądra, takie jak ta, oznaczają śmierć masywnych gwiazd, które są krótkotrwałe, ponieważ spalają się szybko w porównaniu z gwiazdami o mniejszej masie”.
Czerwony nadolbrzym
Kiedy jądro gwiazdy eksplodowało, uruchomiła się fala uderzeniowa, która podgrzała zewnętrzną część gwiazdy, powodując jej rozszerzanie się i ochładzanie po drodze. Daje to początek krzywej blasku (jak zmienia się jasność gwiazdy w czasie) o wyraźnym kształcie, który zależy od rozmiaru gwiazdy, która eksplodowała. Na tej podstawie zespół szacuje, że promień progenitorowej gwiazdy był około 530 razy większy niż promień Słońca, co odpowiada rozmiarowi czerwonego nadolbrzyma. Znaczące przesunięcie ku czerwieni krzywej blasku gwiazdy oznacza, że Wszechświat miał zaledwie 2.2 miliarda lat, kiedy wybuchła supernowa.
"Po raz pierwszy naukowcom udało się zmierzyć rozmiar umierającego nadolbrzyma sprzed ponad 10 miliardów lat”, wyjaśnia Chen. „Zwykle odległe supernowe są zbyt słabe, aby można je było wykryć i zidentyfikować za pomocą istniejących teleskopów”.
Członek zespołu José Maria Diego z hiszpańskiego Instituto de Física de Cantabria wyjaśnia, dlaczego to wykrycie jest tak znaczące. „To, co czyni tę supernową wyjątkową, to to, że jesteśmy świadkami pierwszych chwil po eksplozji” – powiedział Diego Fizyka Świat. „Supernowe zwykle znajdują się znacznie bliżej nas. Ta jest prawdopodobnie w pierwszej piątce najbardziej odległych supernowych, jakie kiedykolwiek zaobserwowano”.
Diego zwraca również uwagę, że tego typu supernowe z zapadnięciem się jądra są nazywane przez astronomów „świecami standardowymi”, ponieważ ich krzywe blasku są tak dobrze zdefiniowane, że można ich używać do mierzenia kosmicznych odległości. Oznacza to, że znalezienie większej liczby wczesnych przykładów, takich jak ten, może pomóc w testowaniu modeli kosmicznej ewolucji.
Teoria Einsteina
Rzeczywiście, ta supernowa jest widoczna tylko dzięki zjawisku grawitacyjnemu, które wynika z ogólnej teorii względności Alberta Einsteina z 1915 roku. Teoria mówi, że masywny obiekt, taki jak galaktyka, powoduje znaczne odkształcenie pobliskiej czasoprzestrzeni, a to odkształcenie zakrzywi trajektorię światła przechodzącego w pobliżu galaktyki.
W rezultacie galaktyka może działać jak soczewka grawitacyjna, która może skupiać światło odległej gwiazdy w kierunku Ziemi, dając astronomom powiększony widok gwiazdy. Soczewka grawitacyjna może również tworzyć wiele obrazów tej samej gwiazdy, które są rozdzielone w przestrzeni.
Masywnym obiektem soczewkującym odpowiedzialnym za trzykrotne pojawienie się odległej supernowej na zdjęciu z Hubble'a jest gromada galaktyczna Abell 370, która znajduje się prawie 5 miliardów lat świetlnych od Ziemi w konstelacji Wieloryba.
Sekwencja czasu
Światło na każdym z trzech obrazów podążało inną drogą do Ziemi, a ścieżki te miały różną długość. Oznacza to, że obrazy pokazują gwiazdę w sekwencji trzech różnych momentów w ciągu ośmiu dni po eksplozji.
Soczewkowanie grawitacyjne tworzy „krzyż Einsteina” odległej supernowej
„Fakt, że jeden z obrazów odpowiada zaledwie kilku godzinom po eksplozji, jest niezwykłym odkryciem” — dodaje Diego. „Zwykle widzimy supernowe kilka dni lub tygodni po ich wybuchu. Tylko supernowe, które eksplodowały blisko nas, zaobserwowano kilka godzin po wybuchu. Nigdy wcześniej nie widzieliśmy wczesnej supernowej z takiej odległości”.
Chen mówi, że zespół planuje użyć Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba do dalszego badania supernowej i poszukiwania większej ilości supernowych z soczewkami grawitacyjnymi we wczesnym Wszechświecie. Dodaje, że odkrycie bardziej odległych supernowych z zapadnięciem się jądra powinno umożliwić astronomom lepsze zrozumienie powstawania gwiazd we wczesnym wszechświecie.
