Supernovae im frühen Universum trafen einfach anders. Vor allem, wenn es sich bei dem explodierenden Stern um ein Sternmonster mit der 20-fachen Sonnenmasse handelte.
Mithilfe des James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) haben Astronomen eine der am weitesten entfernten und damit frühesten sternenvernichtenden Supernovae entdeckt, die jemals beobachtet wurde. Diese Explosion, die den Kosmos rund zwei Milliarden Jahre nach dem Urknall erschütterte, markierte den Tod eines solchen Monstersterns.
Diese Supernova, die im Rahmen des JWST-Programms Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) entdeckt wurde, könnte Wissenschaftlern dabei helfen, das kosmische Bild des stellaren Lebens und Todes, das sie derzeit erstellen, detaillierter zu gestalten.
Die Supernova mit der Bezeichnung AT 2023adsv brach vor etwa 11,4 Milliarden Jahren in einer massereichen frühen Galaxie aus. Interessanterweise unterscheidet sich diese Sternexplosion möglicherweise etwas von den Supernovae, die in jüngerer Zeit im lokalen Universum aufgetreten sind. Insbesondere die hochenergetische Explosion schien übermäßig heftig gewesen zu sein.
„Die ersten Sterne unterschieden sich erheblich von den heutigen Sternen. Sie waren massereich, heiß und hatten wirklich gigantische Explosionen“, sagte David Coulter, Mitglied des JADES-Teams und Forscher am Space Telescope Science Institute (STScI), auf dem 245. Treffen des American Astronomical Society (AAS) in National Harbor, Maryland, am Montag (13. Januar). „Wir wissen nicht, wie viele (Supernovae) das JWST finden wird, aber wir können damit beginnen, zum Anfang dieser ersten Sterne vorzudringen und hoffen, ihre Explosionen zu sehen.“
Eine Geschichte über herausragendes Leben, Tod und Wiedergeburt
Das frühe Universum war im Vergleich zum modernen Kosmos relativ langweilig, insbesondere wenn man seinen chemischen Inhalt bedenkt. Das liegt daran, dass es größtenteils aus Wasserstoff, dem leichtesten und einfachsten Element, und etwas Helium, dem zweitleichtesten Element, bestand. Im jungen Universum existierten nur vereinzelte schwerere Elemente, die Astronomen etwas verwirrenderweise als „Metalle“ bezeichnen.
Die erste Generation von Sternen, bekannt als Sterne der Population III (vielleicht nicht Sterne der Population I, wie man erwarten würde), wurde aus überdichten Flecken in dieser kosmischen Suppe mit Zutaten und Licht geboren. Diese Sterne begannen, Wasserstoff und Helium zu schwereren Elementen zu verschmelzen.
Als die massereichsten Sterne (mit einer Masse von mehr als dem Achtfachen der Sonne) ihren Brennstoffvorrat für die Kernfusion aufgebraucht hatten, kollabierten ihre Kerne und es entstanden Schwarze Löcher oder Neutronensterne, während ihre metallreichen Außenschichten gesprengt wurden weg in Supernova-Explosionen.
Dieser Prozess erzeugte in den ersten Galaxien Wolken aus Wasserstoff und Helium mit schweren Elementen. Dies bedeutete, dass diese zweite Generation von Sternen (Population II) metallreicher war als die erste, als überdichte Stellen in diesen angereicherten Wolken kollabierten und neue Sterne bildeten.
Dies führte wiederum zur Geburt einer dritten Generation noch metallreicherer Sterne. Dies ist die dritte Generation von Sternkörpern, Sterne der Population I (wiederum keine Pop-III-Sterne, wie man erwarten würde), zu denen unser Stern, die Sonne, gehört.
Obwohl dies wie eine Wiederholung der kosmischen Geschichte erscheinen mag, war die erste Runde der Supernovae etwas anders.
Wissenschaftler glauben, dass die metallarme Natur dieser Sterne dazu geführt hätte, dass sie eine kürzere Lebensdauer hatten. Es hätte auch dazu geführt, dass die Supernova-Explosionen, die das Ende dieser Leben markieren, heftiger waren als der Tod später nachkommender Sterne.
Diese frühen Supernovae sollten unglaublich hell und daher für das JWST sichtbar sein. Tatsächlich hat die JADES-Kollaboration, die die Geburt und Entwicklung der frühesten Galaxien untersucht, bisher über 80 antike Supernovae entdeckt.
„Die Untersuchung entfernter Supernova-Explosionen ist die einzige Möglichkeit, die einzelnen Sterne zu erforschen, die diese frühen Galaxien bevölkern“, sagte Teammitglied und Forscherin der University of Arizona in Tucson, Christa DeCoursey, in einer Erklärung. „Die schiere Anzahl der Entdeckungen und die großen Entfernungen zu diesen Supernovae sind die beiden aufregendsten Ergebnisse unserer Umfrage.“
Eine frühe Supernova mit einer Wendung
Aufgrund der chemischen Zusammensetzung ist AT 2023adsv eine der frühesten dieser Supernovae.
„Diese Supernova ist so weit entfernt und daher so weit in der Zeit zurückliegend, dass das Universum weniger als 2 Milliarden Jahre alt war, als das Licht zum ersten Mal zu uns kam“, fuhr Coulter fort. „Das bedeutet, dass dieses Licht 6 Milliarden Jahre vor der Entstehung der Sonne unterwegs war.
„Diese Supernova ereignete sich also auch in einer Umgebung, die sich erheblich von der Umgebung zu unterscheiden scheint, in der unser Heimatstern heute lebt.“
Während AT 2023adsv der metallarmen Umgebung des frühen Universums ähnelt, in dem der Stern geboren wurde, der explodierte und ihn ins All schleuderte, gibt es doch ein oder zwei Wendungen.
„Es scheint ein enger Verwandter lokaler Supernovae zu sein, die in ähnlich unberührten Umgebungen beobachtet werden“, sagte Coulter in der Erklärung. „Die Ähnlichkeit hört hier jedoch auf – 2023adsv scheint einst ein besonders massereicher Stern gewesen zu sein, vielleicht bis zum 20-fachen der Masse unserer Sonne.“
Sterne dieser monströsen Größe sind im lokalen und zeitgenössischen Universum selten. Auch 2023adsv explodierte mit etwa der doppelten Energie einer durchschnittlichen Supernova, die von nahegelegenen massereichen Sternen ausgelöst wird.
„Die hohe Explosionsenergie von 2023adsv könnte darauf hindeuten, dass die Eigenschaften von Supernova-Explosionen im frühen Universum anders gewesen sein könnten, aber wir brauchen mehr Beobachtungen, um diese Idee zu bestätigen“, sagte Teammitglied und Theoretiker des National Astronomical Observatory of Japan, Takashi Moriya.
Das JWST wird bei der Suche nach der frühesten und am weitesten entfernten kosmischen Explosion im Jahr 2026 mithelfen, wenn die NASA ihr nächstes großes Weltraumteleskop, das Nancy Grace Roman Space Telescope, starten wird.
Aktuelle Schätzungen deuten darauf hin, dass Romans weites Sichtfeld Tausende früher Supernovae lokalisieren wird, die das empfindliche Infrarotauge des JWST genauer untersuchen und untersuchen kann.
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am Montag auf der 245. Sitzung der AAS vorgestellt und ein vorab gedrucktes Papier ist auf der Repository-Site arXiv verfügbar.
