Το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble της NASA κατέγραψε τρεις διαφορετικές φάσεις μιας μακρινής έκρηξης σουπερνόβα σε ένα μόνο στιγμιότυπο. Όταν εξερράγη αυτός ο αστέρας -πριν από περισσότερα από 11 δισεκατομμύρια χρόνια- το σύμπαν μετρούσε λιγότερο από το ένα πέμπτο της σημερινής, των 13,8 δισεκατομμυρίων ετών, ηλικίας του.
Αποτελεί την πρώτη λεπτομερή παρατήρηση σουπερνόβα που εξερράγη τόσο νωρίς στην ιστορία του σύμπαντος. Η έρευνα θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να μάθουν περισσότερα για το σχηματισμό των άστρων και των γαλαξιών στο πρώιμο σύμπαν. Οι εικόνες του σουπερνόβα είναι ιδιαίτερες γιατί μας δείχνουν τα πρώτα στάδια μιας αστρικής έκρηξης.
«Είναι ιδιαίτερα σπάνιο το να μπορέσουμε να ανιχνεύσουμε έναν σουπερνόβα σε πολύ πρώιμο στάδιο, επειδή το στάδιο αυτό είναι πραγματικά σύντομο», εξηγεί ο Wenlei Chen, πρώτος συγγραφέας της εργασίας και μεταδιδακτορικός ερευνητής στο “University of Minnesota”. «Διαρκεί ελάχιστα -από ώρες έως μερικές μέρες- και μπορεί εύκολα να μας “ξεφύγει”, ακόμα κι αν είναι κοντά σε εμάς. Στην ίδια έκθεση [του Hubble], είμαστε σε θέση να δούμε μια ακολουθία εικόνων — κάτι σαν πολλαπλά πρόσωπα ενός σουπερνόβα».
Αυτό κατέστη δυνατό χάρη στο φαινόμενο των βαρυτικών φακών, το οποίο είχε προβλεφθεί από την θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν. Στην περίπτωσή μας, η τεράστια βαρύτητα του σμήνους γαλαξιών Abell 370 είναι αυτή που ενήργησε ως κοσμικός φακός, κάμπτοντας και ενισχύοντας το φως του μακρινού σουπερνόβα, ο οποίος βρίσκεται πίσω από το σμήνος.
Η χωρική παραμόρφωση παρήγαγε, επίσης, πολλαπλές εικόνες της έκρηξης που αντιστοιχούν σε διαφορετικές χρονικές στιγμές, οι οποίες έφτασαν ταυτόχρονα στη Γη και καταγράφηκαν σε μία εικόνα του Hubble. Αυτό συνέβη επειδή οι μεγεθυμένες εικόνες χρησιμοποίησαν διαφορετικές διαδρομές για να περάσουν μέσα από το σμήνος, τόσο λόγω των διαφορών στο μήκος των μονοπατιών που ακολουθούσε το φως του σουπερνόβα, όσο και λόγω της επιβράδυνσης του χρόνου και της καμπυλότητας του χώρου εξαιτίας της βαρύτητας.
Η εικόνα του Hubble κατέγραψε επίσης την ταχεία αλλαγή χρώματος του σουπερνόβα, η οποία υποδηλώνει τις μεταβολές της θερμοκρασίας. Όσο περισσότερο μπλε είναι το χρώμα, τόσο πιο θερμός είναι ο υπερκαινοφανής. Η νεότερη φάση που καταγράφηκε εμφανίζεται μπλε. Καθώς στην συνέχεια ο υπερκαινοφανής ψύχθηκε, το φως του έγινε πιο κόκκινο.
«Παρατηρούμε διαφορετικά χρώματα στις τρεις διαφορετικές εικόνες», δηλώνει ο Patrick Kelly, επικεφαλής της μελέτης και επίκουρος καθηγητής στο “University of Minnesota’s School of Physics and Astronomy”. «Σε έναν αστέρα με μεγάλη μάζα, ο πυρήνας καταρρέει, παράγει ένα κύμα κρούσης, θερμαίνεται και μετά τον βλέπουμε να ψύχεται μέσα στο χρονικό διάστημα μίας εβδομάδας. Σκέφτομαι ότι αποτελεί ένα από τα πιο εκπληκτικά πράγματα που έχω δει!»
Επίσης, αυτή είναι η πρώτη φορά που οι αστρονόμοι κατάφεραν να υπολογίσουν το μέγεθος ενός ετοιμοθάνατου αστεριού στο πρώιμο σύμπαν. Αυτό έγινε βάσει της φωτεινότητας και του ρυθμού ψύξης του σουπερνόβα, καθώς και τα δύο εξαρτώνται από το μέγεθος του αρχικού αστέρα. Οι παρατηρήσεις του Hubble δείχνουν ότι ο κόκκινος υπεργίγαντας, την έκρηξη σουπερνόβα του οποίου ανακάλυψαν οι ερευνητές, ήταν περίπου 500 φορές μεγαλύτερος από τον Ήλιο.
Κάτω: μεγέθυνση αυτής της περιοχής μαζί με τα μονοπάτια φωτός για τις τρεις εικόνες του σουπερνόβα. Credit:NASA, ESA
Ο Chen, ο Kelly και η διεθνής ομάδα αστρονόμων με την οποία συνεργάζονται, ανακάλυψαν τον υπερκαινοφανή, αναζητώντας μεταβατικά φαινόμενα στα αρχεία δεδομένων του Hubble. Οι αλγόριθμου μηχανικής μάθησης που έγραψε ο Chen για αυτό το σκοπό κατόρθωσαν να εντοπίσουν [ως μεταβατικό φαινόμενο] μόνο τον συγκεκριμένο υπερκαινοφανή.
Οι Chen και Kelly έχουν ήδη προγραμματίσει νέες παρατηρήσεις, για ακόμη πιο μακρινούς σουπερνόβα, μέσω του διαστημικού τηλεσκόπιου James Webb της NASA. Ελπίζουν ότι θα καταφέρουν να συνεισφέρουν σε έναν κατάλογο πολύ μακρινών υπερκαινοφανών, ώστε να βοηθήσουν τους αστρονόμους να καταλάβουν εάν τα αστέρια που υπήρχαν πριν από πολλά δισεκατομμύρια χρόνια είναι διαφορετικά από αυτά που βρίσκονται κοντά μας.
Παραπομπές: "Shock cooling of a red-supergiant supernova at redshift 3 in lensed images", Wenlei Chen et al., 9 November 2022, Nature.
Πηγή: https://www.nasa.gov/
