Genudsendelse af supernova-eksplosion forventes at dukke op i 2037

Det er udfordrende at komme med forudsigelser, især inden for astronomi. Der er dog nogle få prognoser astronomer kan stole på, såsom tidspunktet for kommende måne- og solformørkelser og urværkets tilbagevenden af ​​nogle kometer.

Nu, ser langt ud over solsystemet, astronomer har tilføjet en solid forudsigelse af en begivenhed, der sker dybt i det intergalaktiske rum:et billede af en eksploderende stjerne, døbt Supernova Requiem, som udkommer omkring år 2037. Selvom denne genudsendelse ikke vil være synlig med det blotte øje, nogle fremtidige teleskoper burde kunne få øje på det.

Det viser sig, at dette fremtidige udseende vil være det fjerde kendte billede af den samme supernova, forstørret, lysnede, og opdeles i separate billeder af en massiv forgrundsklynge af galakser, der fungerer som en kosmisk zoomlinse. Tre billeder af supernovaen blev først fundet fra arkivdata taget i 2016 af NASAs Hubble-rumteleskop.

De mange billeder er produceret af monstergalaksehobens kraftfulde tyngdekraft, som forvrænger og forstørrer lyset fra supernovaen langt bagved, en effekt kaldet gravitationslinser. Først forudsagt af Albert Einstein, denne effekt ligner en glaslinse, der bøjer lys for at forstørre billedet af et fjernt objekt.

De tre linsede supernovabilleder, set som små prikker fanget i et enkelt Hubble-snapshot, repræsentere lys fra det eksplosive efterspil. Prikkerne varierer i lysstyrke og farve, som betegner tre forskellige faser af fading blast, som det afkøles over tid.

"Denne nye opdagelse er det tredje eksempel på en supernova med flere billeder, som vi faktisk kan måle forsinkelsen i ankomsttider for, " forklarede ledende forsker Steve Rodney fra University of South Carolina i Columbia. "Det er den fjerneste af de tre, og den forudsagte forsinkelse er ekstraordinær lang. Vi vil være i stand til at vende tilbage og se den endelige ankomst, som vi forudser vil være i 2037, plus eller minus et par år."

Lyset, som Hubble fangede fra klyngen, MACS J0138.0-2155, det tog omkring fire milliarder år at nå Jorden. Lyset fra Supernova Requiem havde brug for anslået 10 milliarder år på sin rejse, baseret på afstanden til dens værtsgalakse.

Holdets forudsigelse af supernovaens tilbagevendende udseende er baseret på computermodeller af klyngen, som beskriver de forskellige veje, supernovalyset tager gennem labyrinten af ​​klumpet mørkt stof i den galaktiske gruppering. Mørkt stof er et usynligt materiale, der udgør hovedparten af ​​universets stof og er det stillads, hvorpå galakser og galaksehobe er bygget.

Hvert forstørret billede tager en anden rute gennem klyngen og ankommer til Jorden på et andet tidspunkt, på grund, delvis, til forskelle i længden af ​​de veje, supernovalyset fulgte.

"Når noget lys passerer nær en meget massiv genstand, som en galakse eller galaksehob, den forvridning af rum-tid, som Einsteins generelle relativitetsteori fortæller os, er til stede for enhver masse, forsinker lysets vandring omkring den masse, " sagde Rodney.

Han sammenligner supernovaens forskellige lysveje med flere tog, der forlader en station på samme tid, alle kører med samme hastighed og er på vej til det samme sted. Hvert tog, imidlertid, tager en anden vej, og afstanden for hver rute er ikke den samme. Fordi togene kører over forskellige sporlængder på tværs af forskelligt terræn, de ankommer ikke til deres destination på samme tid.

Ud over, det linsede supernovabillede, der forventes at dukke op i 2037, halter bagefter de andre billeder af den samme supernova, fordi dets lys rejser direkte gennem midten af ​​klyngen, hvor den tætteste mængde mørkt stof findes. Den enorme masse af klyngen bøjer lyset, giver den længere tidsforsinkelse. "Dette er den sidste, der ankommer, fordi det er ligesom toget, der skal dybt ned i en dal og klatre ud igen. Det er den langsomste slags tur for lys, " forklarede Rodney.

De linsede supernovabilleder blev opdaget i 2019 af Gabe Brammer, en studie medforfatter ved Cosmic Dawn Center på Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet, i Danmark. Brammer opdagede de spejlede supernovabilleder, mens han analyserede fjerne galakser forstørret af massive forgrundsgalaksehobe som en del af et igangværende Hubble-program kaldet REsolved QUIEscent Magnified Galaxies (REQUIEM).

Han sammenlignede nye REQUIEM-data fra 2019 med arkivbilleder taget i 2016 fra et andet Hubble-videnskabsprogram. En lille rød genstand i 2016-dataene fangede hans øje, som han oprindeligt troede var en fjerntliggende galakse. Men det var forsvundet på billederne fra 2019.

"Men derefter, ved yderligere inspektion af 2016-dataene, Jeg lagde mærke til, at der faktisk var tre forstørrede objekter, to røde og en lilla, " forklarede han. "Hver af de tre objekter blev parret med et linsebillede af en fjern massiv galakse. Umiddelbart antydede det for mig, at det ikke var en fjern galakse, men faktisk en forbigående kilde i dette system, der var falmet ud af visningen på billederne fra 2019 som en pære, der var blevet flikket af."

Brammer gik sammen med Rodney for at foretage en yderligere analyse af systemet. De linsede supernovabilleder er arrangeret i en bue omkring klyngens kerne. De fremstår som små prikker nær de udtværede orange træk, der menes at være de forstørrede snapshots af supernovaens værtsgalakse.

Studiets medforfatter Johan Richard fra University of Lyon i Frankrig producerede et kort over mængden af ​​mørkt stof i klyngen, udledes af den linse, den producerer. Kortet viser de forudsagte placeringer af linseobjekter. Denne supernova forventes at dukke op igen i 2042, men det vil være så svagt, at forskerholdet tror, ​​det ikke vil være synligt.

At fange gentagelsen af ​​den eksplosive begivenhed vil hjælpe astronomer med at måle tidsforsinkelserne mellem alle fire supernovabilleder, som vil give ledetråde til, hvilken type forvrænget rumterræn, som den eksploderede stjernes lys skulle dække. Bevæbnet med disse målinger, forskere kan finjustere de modeller, der kortlægger klyngens masse. At udvikle præcise kort over mørkt stof over massive galaksehobe er en anden måde for astronomer at måle universets ekspansionshastighed og undersøge naturen af ​​mørk energi. en mystisk form for energi, der virker mod tyngdekraften og får kosmos til at udvide sig med en hurtigere hastighed.

Denne tidsforsinkelsesmetode er værdifuld, fordi den er en mere direkte måde at måle universets ekspansionshastighed på, Rodney forklarede. "Disse lange forsinkelser er særligt værdifulde, fordi du kan få en god, præcis måling af den tidsforsinkelse, hvis du bare er tålmodig og venter i årevis, i dette tilfælde mere end et årti, for at det endelige billede vender tilbage, " sagde han. "Det er en fuldstændig uafhængig vej til at beregne universets ekspansionshastighed. Den reelle værdi i fremtiden vil være at bruge en større prøve af disse til at forbedre præcisionen."

Spotting af linsebilleder af supernovaer vil blive mere og mere almindeligt i de næste 20 år med lanceringen af ​​NASA's Nancy Grace Roman Space Telescope og starten af ​​operationer ved Vera C. Rubin Observatory. Begge teleskoper vil observere store dele af himlen, hvilket vil give dem mulighed for at få øje på snesevis flere supernovaer med flere billeder.

Fremtidige teleskoper såsom NASAs James Webb-rumteleskop kunne også registrere lys fra supernova Requiem i andre epoker af eksplosionen. Holdets resultater vil blive vist den 13. september i journalen Natur astronomi.