Hochauflösende Simulation einer Galaxie, die eine superleuchtende Supernova und ihre chaotische Umgebung im frühen Universum beherbergt. Bildnachweis: Adrian Malec und Marie Martig (Swinburne University)
Einige der frühesten Sterne waren massiv und kurzlebig und dazu bestimmt, ihr Leben in riesigen Explosionen zu beenden. Astronomen haben einige der frühesten und am weitesten entfernten dieser explodierenden Sterne entdeckt, die als „superleuchtende“ Supernovae bezeichnet werden - Sternexplosionen, die 10 bis 100 Mal heller sind als andere Supernova-Typen. Das Duo stellt einen Rekord für die bisher am weitesten entfernte Supernova auf und bietet Hinweise auf das sehr frühe Universum.
"Das Licht dieser Supernovae enthält detaillierte Informationen über die Kindheit des Universums zu einer Zeit, in der einige der ersten Sterne noch aus dem vom Urknall gebildeten Wasserstoff und Helium kondensieren", sagte Dr. Jeffrey Cooke, ein Astrophysiker aus Swinburne University of Technology in Australien, deren Team die Entdeckung gemacht hat.
Das Team verwendete eine Kombination von Daten aus dem Kanada-Frankreich-Hawaii-Teleskop und dem Keck 1-Teleskop, beide in Hawaii.
"Die Art von Supernovae, die wir gefunden haben, ist äußerst selten", sagte Cooke. „Tatsächlich wurde vor unserer Arbeit nur einer entdeckt. Diese besondere Art von Supernova resultiert aus dem Tod eines sehr massiven Sterns (etwa das 100- bis 250-fache der Masse unserer Sonne) und explodiert auf völlig andere Weise als andere Supernovae. Das Entdecken und Studieren dieser Ereignisse liefert uns Beobachtungsbeispiele, um sie und die Chemikalien, die sie nach ihrem Tod in das Universum ausstoßen, besser zu verstehen. “
Superleuchtende Supernovae wurden erst vor wenigen Jahren entdeckt und sind im nahe gelegenen Universum selten. Ihre Ursprünge sind nicht gut verstanden, aber es wird angenommen, dass eine kleine Untergruppe von ihnen auftritt, wenn extrem massive Sterne, 150- bis 250-mal so massereich wie unsere Sonne, eine nukleare Explosion erfahren, die durch die Umwandlung von Photonen in Elektron-Positron-Paare ausgelöst wird. Dieser Prozess ist völlig anders als bei allen anderen Arten von Supernovae. Es wird erwartet, dass solche Ereignisse im frühen Universum häufiger aufgetreten sind, als massive Sterne häufiger auftraten.
Dies und die extreme Helligkeit dieser Ereignisse ermutigten Cooke und Kollegen, bei Rotverschiebungen z, größer als 2, nach superleuchtenden Supernovae zu suchen, wenn das Universum weniger als ein Viertel seines gegenwärtigen Alters betrug.
"Wir haben LRIS (Low Resolution Imaging Spectrometer) bei Keck I verwendet, um die Tiefenspektroskopie zu erhalten, um die Rotverschiebungen des Wirts zu bestätigen und nach einer späten Emission der Supernovae zu suchen", sagte Cooke. „Die ersten Erkennungen wurden in den Tiefenfeldern der CFHT Legacy Survey gefunden. Das Licht der Supernovae kam vor 4 bis 6 Jahren hier auf der Erde an. Um ihre Entfernungen zu bestätigen, müssen wir ein Spektrum ihrer Wirtsgalaxien erhalten, die aufgrund ihrer extremen Entfernung sehr schwach sind. Die große Apertur von Keck und die hohe Empfindlichkeit von LRIS machten dies möglich. Darüber hinaus weisen einige Supernovae ausreichend helle Emissionsmerkmale auf, die nach ihrer Explosion noch Jahre bestehen bleiben. Die Deep-Keck-Spektroskopie kann diese Linien als weiteres Mittel zur Bestätigung und Untersuchung erkennen. “
Cooke und Mitarbeiter durchsuchten ein großes Volumen des Universums bei z größer oder gleich 2 und fanden zwei superleuchtende Supernovae mit Rotverschiebungen von 2,05 und 3,90 - was den vorherigen Supernova-Rotverschiebungsrekord von 2,36 brach und eine Produktion implizierte Die Rate der superleuchtenden Supernovae bei diesen Rotverschiebungen ist mindestens zehnmal höher als im nahe gelegenen Universum. Obwohl die Spektren dieser beiden Objekte es unwahrscheinlich machen, dass ihre Vorfahren zur ersten Generation von Sternen gehörten, deuten die vorliegenden Ergebnisse darauf hin, dass die Erkennung dieser Sterne möglicherweise nicht weit von uns entfernt ist.
Das Erkennen der ersten Sterne ermöglicht uns ein viel besseres Verständnis der ersten Sterne im Universum, sagte Cooke.
"Kurz nach dem Urknall gab es im Universum nur Wasserstoff und Helium", sagte er. „Alle anderen Elemente, die wir heute um uns herum sehen, wie Kohlenstoff, Sauerstoff, Eisen und Silizium, wurden in den Kernen von Sternen oder bei Supernova-Explosionen hergestellt. Die ersten Sterne, die sich nach dem Urknall bildeten, bildeten den Rahmen für den langen Prozess der Anreicherung des Universums, der schließlich die verschiedenen Galaxien, Sterne und Planeten hervorbrachte, die wir heute um uns herum sehen. Unsere Entdeckungen untersuchen eine frühe Zeit im Universum, die sich mit der Zeit überschneidet, in der wir die ersten Sterne erwarten. “
Quellen: Keck-Observatorium, Natur
