Høyoppløselig simulering av en galakse som er vert for en superlysende supernova og dets kaotiske miljø i det tidlige universet. Kreditt: Adrian Malec og Marie Martig (Swinburne University)
Noen av de tidligste stjernene var enorme og kortvarige, bestemt til å avslutte livet i store eksplosjoner. Astronomer har oppdaget noen av de tidligste og fjerneste av disse eksploderende stjernene, kalt ‘superlysende’ supernovaer - stellare eksplosjoner 10–100 ganger lysere enn andre supernova-typer. Duoen setter rekord for den fjerneste supernovaen som ennå er oppdaget, og gir ledetråder om det ganske tidlige universet.
"Lyset fra disse supernovaene inneholder detaljert informasjon om universets spedbarn, i en tid da noen av de første stjernene fortsatt kondenserer ut av hydrogen og helium dannet av Big Bang," sa Dr. Jeffrey Cooke, en astrofysiker fra Swinburne University of Technology i Australia, hvis team gjorde oppdagelsen.
Teamet brukte en kombinasjon av data fra Canada-Frankrike-Hawaii-teleskopet og Keck 1-teleskopet, begge plassert på Hawaii.
"Den typen supernovaer vi har funnet er ekstremt sjeldne," sa Cooke. “Faktisk er det bare en som er oppdaget før arbeidet vårt. Denne spesielle typen supernova er resultatet av døden til en veldig massiv stjerne (omtrent 100 - 250 ganger massen til vår sol) og eksploderer på en helt annen måte sammenlignet med andre supernovaer. Å oppdage og studere disse hendelsene gir oss observasjonseksempler for bedre å forstå dem og kjemikaliene de sprøyter ut i universet når de dør. ”
Superlysende supernovaer ble oppdaget for bare noen få år siden, og er sjeldne i det nærliggende universet. Deres opprinnelse er ikke godt forstått, men en liten undergruppe av dem antas å oppstå når ekstremt massive stjerner, 150 til 250 ganger mer massive enn vår sol, gjennomgår en atomeksplosjon utløst av konvertering av fotoner til elektron-positron-par. Denne prosessen er helt annerledes sammenlignet med alle andre typer supernovaer. Slike hendelser forventes å ha skjedd oftere i det tidlige universet, da massive stjerner var mer vanlig.
Dette, og den ekstreme lysstyrken til disse hendelsene, oppmuntret Cooke og kollegene til å søke etter superlysende supernovaer ved rødskift, z, større enn 2, da universet var mindre enn en fjerdedel av sin nåværende alder.
"Vi brukte LRIS (Low Resolution Imaging Spectrometer) på Keck I for å få den dype spektroskopien for å bekrefte vertskapets rødskift og for å søke etter sent utslipp fra supernovaene," sa Cooke. "De første oppdagelsene ble funnet i CFHT Legacy Survey Deep-feltene. Lyset fra supernovaene ankom hit på jorden for 4 til 6 år siden. For å bekrefte deres avstander, må vi få et spekter av vertsgalaksen deres som er veldig svake på grunn av deres ekstreme avstand. Den store åpningen til Keck og den høye følsomheten til LRIS gjorde dette mulig. I tillegg har noen supernovaer lyse nok utslippsfunksjoner som vedvarer i år etter at de eksploderer. Den dype Keck-spektroskopien er i stand til å oppdage disse linjene som et ytterligere middel til bekreftelse og studier. ”
Cooke og medarbeidere søkte gjennom et stort volum av universet på z større enn eller lik 2, og fant to superlysende supernovaer, på rødskift på 2,05 og 3,90 - og brøt den forrige supernova rødskiftrekorden på 2,36, og antydet en produksjon frekvensen av superlysende supernovaer ved disse rødskiftene minst 10 ganger høyere enn i det nærliggende universet. Selv om spektraene til disse to objektene gjør det usannsynlig at deres forfedre var blant den første generasjonen stjerner, antyder nåværende resultater at deteksjon av disse stjernene kanskje ikke er langt fra vårt grep.
Å oppdage de første stjernene tillater oss mye større forståelse av de første stjernene i universet, sa Cooke.
"Kort etter Big Bang var det bare hydrogen og helium i universet," sa han. ”Alle de andre elementene som vi ser rundt oss i dag, for eksempel karbon, oksygen, jern og silisium, ble produsert i kjernene til stjerner eller under supernovaeksplosjoner. De første stjernene som ble dannet etter Big Bang la rammen for den lange prosessen med å berike universet som til slutt produserte det mangfoldige settet med galakser, stjerner og planeter vi ser rundt oss i dag. Funnene våre undersøker en tidlig tid i universet som overlapper tiden vi forventer å se de første stjernene. ”
Kilder: Keck Observatory, Nature
