Ljus från en supernova som sänds ut bara sex timmar efter den första stjärnexplosionen har observerats tillsammans med ljus som sänds ut två och åtta dagar senare. Observationen gjordes av ett internationellt team med hjälp av Hubble Space Telescope (HST). Supernovan är också känd för att ha inträffat för cirka 11.5 miljarder år sedan när universum var i sin relativa linda. Det svaga ljuset kunde bara ses på grund av gravitationslinseffekten av en galax som ligger mellan jorden och supernovan.
Forskarna, vars forskning beskrivs i Natur, upptäckte supernovan i arkivbilder från HST. Ljus från supernovan var gravitationslinsad av galakthopen Abell 370, vilket fick den att dyka upp tre gånger i samma bild. Supernovan inträffade i en dvärggalax bakom Abell 370.
"Vi hittade en avlägsen supernovaexplosion i en enda ögonblicksbild av NASA:s HST som visar tre olika ögonblick i dess tidiga skede av explosionen", säger Wenlei Chen, huvudförfattare till Natur paper som är baserad vid University of Minnesota i USA. Han berättar Physics World, "Kärnkollapssupernovor som denna markerar döden för massiva stjärnor, som är kortlivade eftersom de brinner upp snabbt jämfört med stjärnor med mindre massa."
Röd superjätte
När stjärnans kärna exploderade startade en stötvåg som värmde upp stjärnans yttre del, vilket fick den att expandera och svalna längs vägen. Detta ger upphov till en ljuskurva (hur en stjärnas ljusstyrka förändras över tiden) med en distinkt form som beror på storleken på stjärnan som exploderade. Utifrån detta uppskattar teamet att radien för stamstjärnan var cirka 530 gånger större än solens, en storlek som överensstämmer med en röd superjätte. Den betydande rödförskjutningen av stjärnans ljuskurva betyder att universum bara var 2.2 miljarder år gammalt när supernovan inträffade.
"Det här är första gången som forskare har kunnat mäta storleken på en döende superjättestjärna som den var för mer än 10 miljarder år sedan”, förklarar Chen. "Vanligtvis är avlägsna supernovor för svaga för att kunna upptäckas och identifieras med befintliga teleskop."
Teammedlem Jose Maria Diego från Spaniens Instituto de Física de Cantabria förklarar varför denna upptäckt är så betydande. "Det som gör denna supernova speciell är att vi bevittnar de första ögonblicken efter explosionen," sa Diego till Fysik värld. ”Supernovor finns också normalt mycket närmare oss. Den här är kanske bland de fem eller så mest avlägsna supernovorna som någonsin observerats."
Diego påpekar också att dessa typer av kärnkollapssupernovor kallas för "standardljus" av astronomer eftersom deras ljuskurvor är så väldefinierade att de kan användas för att mäta kosmiska avstånd. Detta betyder att att hitta fler tidiga exempel som detta kan hjälpa till att testa modeller av kosmisk evolution.
Einsteins teori
Denna supernova är faktiskt bara synlig på grund av ett gravitationsfenomen som uppstår från Albert Einsteins allmänna relativitetsteori från 1915. Teorin säger att ett massivt objekt som en galax orsakar en betydande deformation i närliggande rum-tid och denna deformation kommer att böja ljusbanan som passerar nära galaxen.
Som ett resultat kan en galax fungera som en gravitationslins som kan fokusera ljus från en avlägsen stjärna mot jorden, vilket ger astronomerna en förstorad bild av stjärnan. En gravitationslins kan också skapa flera bilder av samma stjärna som är åtskilda i rymden.
Det massiva linsobjektet som är ansvarigt för att få den avlägsna supernovan att dyka upp tre gånger i Hubble-bilden är den galaktiska hopen Abell 370, som ligger nästan 5 miljarder ljusår från jorden i konstellationen Cetus.
Tidsföljd
Ljuset i var och en av de tre bilderna tog olika vägar till jorden och dessa vägar var av olika längd. Det betyder att bilderna visar stjärnan vid en sekvens av tre olika tidpunkter inom åtta dagar efter explosionen.
Gravitationslinser skapar "Einsteins kors" av avlägsna supernova
"Det faktum att en av bilderna motsvarar bara några timmar efter explosionen är en anmärkningsvärd upptäckt", tillägger Diego. "Vi ser vanligtvis supernovor dagar eller veckor efter att de exploderat. Endast supernovor som exploderade nära oss har observerats timmar efter explosionen. Vi har aldrig tidigare sett en tidig supernova på det här avståndet.”
Chen säger att teamet planerar att använda rymdteleskopet James Webb för att undersöka supernovan ytterligare och söka efter fler gravitationslinsförsedda supernovor i det tidiga universum. Han tillägger att upptäckten av mer avlägsna supernovor med kärnkollaps borde göra det möjligt för astronomer att få en bättre förståelse för stjärnbildning i det tidiga universum.
