Simulatie met hoge resolutie van een sterrenstelsel met een superlichtgevende supernova en zijn chaotische omgeving in het vroege heelal. Credit: Adrian Malec en Marie Martig (Swinburne University)
Sommige van de vroegste sterren waren massief en van korte duur, bestemd om hun leven te beëindigen in enorme explosies. Astronomen hebben enkele van de vroegste en verste van deze exploderende sterren gedetecteerd, de 'super-lichtgevende' supernovae genaamd - stellaire explosies die 10 tot 100 keer helderder zijn dan andere supernovatypen. Het duo vestigt een record voor de verste supernova die tot nu toe is ontdekt en geeft aanwijzingen over het zeer vroege heelal.
"Het licht van deze supernova's bevat gedetailleerde informatie over de kindertijd van het heelal, in een tijd waarin enkele van de eerste sterren nog condenseren uit het waterstof en helium dat door de oerknal wordt gevormd", zegt Dr. Jeffrey Cooke, een astrofysicus uit Swinburne University of Technology in Australië, wiens team de ontdekking heeft gedaan.
Het team gebruikte een combinatie van gegevens van de Canada-Frankrijk-Hawaii-telescoop en de Keck 1-telescoop, beide gevestigd in Hawaï.
"Het type supernova's dat we hebben gevonden is uiterst zeldzaam", zei Cooke. “Er is er eigenlijk maar één ontdekt voorafgaand aan ons werk. Dit specifieke type supernova is het gevolg van de dood van een zeer massieve ster (ongeveer 100 - 250 keer de massa van onze zon) en explodeert op een heel andere manier dan andere supernovae. Het ontdekken en bestuderen van deze gebeurtenissen geeft ons observatievoorbeelden om ze beter te begrijpen en de chemicaliën die ze in het universum uitstoten wanneer ze sterven. '
Superlichtgevende supernova's werden pas een paar jaar geleden ontdekt en zijn zeldzaam in het nabijgelegen heelal. Hun oorsprong is niet goed begrepen, maar er wordt aangenomen dat een kleine deelverzameling ervan optreedt wanneer extreem zware sterren, 150 tot 250 keer zwaarder dan onze zon, een nucleaire explosie ondergaan die wordt veroorzaakt door de omzetting van fotonen in elektronen-positronenparen. Dit proces is compleet anders in vergelijking met alle andere soorten supernovae. Dergelijke gebeurtenissen zullen naar verwachting vaker voorkomen in het vroege heelal, toen massieve sterren vaker voorkwamen.
Dit, en de extreme helderheid van deze gebeurtenissen, moedigde Cooke en zijn collega's aan om te zoeken naar superlichtgevende supernovae bij roodverschuivingen, z, groter dan 2, toen het heelal nog geen kwart van zijn huidige leeftijd was.
"We gebruikten LRIS (Low Resolution Imaging Spectrometer) op Keck I om de diepe spectroscopie te krijgen om de roodverschuivingen van de host te bevestigen en om te zoeken naar late-emissie door de supernova's," zei Cooke. 'De eerste detecties werden gevonden in de CFHT Legacy Survey Deep-velden. Het licht van de supernovae kwam 4 tot 6 jaar geleden hier op aarde aan. Om hun afstanden te bevestigen, moeten we een spectrum van hun gaststelsels krijgen die erg zwak zijn vanwege hun extreme afstand. Het grote diafragma van Keck en de hoge gevoeligheid van LRIS maakten dit mogelijk. Bovendien hebben sommige supernovae helder genoeg emissiefuncties die jaren blijven bestaan nadat ze zijn ontploft. De diepe Keck-spectroscopie kan deze lijnen detecteren als een verder middel voor bevestiging en studie. ”
Cooke en zijn collega's zochten door een groot volume van het heelal op een z groter dan of gelijk aan 2, en vonden twee superlichtgevende supernovae, bij roodverschuivingen van 2.05 en 3.90 - waarmee het vorige supernova-roodverschuivingsrecord van 2.36 werd verbroken, wat een productie impliceerde snelheid van superlichtgevende supernovae bij deze roodverschuivingen minstens 10 keer hoger dan in het nabijgelegen heelal. Hoewel de spectra van deze twee objecten het onwaarschijnlijk maken dat hun voorlopers tot de eerste generatie sterren behoorden, suggereren de huidige resultaten dat de detectie van die sterren misschien niet ver van onze greep ligt.
Door de eerste sterren te detecteren, kunnen we de eerste sterren in het heelal veel beter begrijpen, zei Cooke.
'Kort na de oerknal waren er alleen waterstof en helium in het heelal', zei hij. 'Alle andere elementen die we tegenwoordig om ons heen zien, zoals koolstof, zuurstof, ijzer en silicium, zijn vervaardigd in de kernen van sterren of tijdens supernova-explosies. De eerste sterren die zich na de oerknal vormden, vormden het kader voor het lange proces van verrijking van het universum dat uiteindelijk de diverse reeks sterrenstelsels, sterren en planeten voortbracht die we tegenwoordig om ons heen zien. Onze ontdekkingen onderzoeken een vroege tijd in het heelal die overlapt met de tijd die we verwachten de eerste sterren te zien. ”
Bronnen: Keck Observatory, Nature
