(main) Eine Illustration eines massiven Sterns, der im frühen Universum zur Supernova wird (inset) die Supernova 2023adsv, wie sie vom JWST in den Jahren 2022 und 2023 gesehen wird (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva)/NASA, ESA, CSA, STScI, JADES Collaboration)
Supernovas im frühen Universum schlagen einfach anders zu. Vor allem, wenn der Stern, der explodierte, ein stellares Monster mit der 20-fachen Masse der Sonne war.
Mit dem James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) haben Astronomen eine der am weitesten entfernten und damit frühesten sternenvernichtenden Supernovas entdeckt, die je gesehen wurden. Diese Supernova, die im Rahmen des JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES)-Programms entdeckt wurde, könnte den Wissenschaftlern dabei helfen, das kosmische Bild vom Leben und Sterben der Sterne, das sie derzeit entwerfen, mit weiteren Details zu ergänzen.
Die Supernova mit der Bezeichnung AT 2023adsv brach vor etwa 11,4 Milliarden Jahren in einer massereichen frühen Galaxie aus. Spannenderweise unterscheidet sich diese Sternexplosion möglicherweise etwas von den Supernovas, die sich in jüngerer Zeit im lokalen Universum ereignet haben. Vor allem scheint die hochenergetische Explosion übermäßig heftig gewesen zu sein.
„Die ersten Sterne unterschieden sich erheblich von den heutigen Sternen. Sie waren massiv, sie waren heiß, und sie hatten wirklich gewaltige Explosionen“, sagte David Coulter, Mitglied des JADES-Teams und Forscher am Space Telescope Science Institute (STScI), am Montag (13. Januar) auf der 245. „Wir wissen nicht, wie viele [Supernovae] das JWST finden wird, aber wir können anfangen, zum Anfang dieser ersten Sterne vorzudringen und hoffen, ihre Explosionen zu sehen.“
Inhaltsübersicht
Eine Geschichte über Leben, Tod und Wiedergeburt eines Sterns
Das frühe Universum war im Vergleich zum modernen Kosmos relativ langweilig, vor allem wenn man seinen chemischen Inhalt betrachtet. Das liegt daran, dass es zum größten Teil aus Wasserstoff, dem leichtesten und einfachsten Element, und etwas Helium, dem zweitleichtesten Element, bestand. Im jungen Universum gab es nur wenige schwerere Elemente, die von den Astronomen verwirrenderweise als „Metalle“ bezeichnet werden. Die erste Generation von Sternen, die so genannten Populations-III-Sterne (nicht Populations-I-Sterne, wie man vielleicht erwarten würde), entstand aus überdichten Flecken in dieser leichten kosmischen Suppe. Diese Sterne begannen damit, Wasserstoff und Helium zu schwereren Elementen zu fusionieren.
Als die massereichsten Sterne (mit einer Masse von mehr als dem 8-fachen der Sonne) das Ende ihrer Brennstoffvorräte für die Kernfusion erreichten, kollabierten ihre Kerne und erzeugten Schwarze Löcher oder Neutronensterne, während ihre metallreichen Außenschichten in Supernova-Explosionen weggesprengt wurden.
Durch diesen Prozess wurden in den ersten Galaxien Wolken aus Wasserstoff und Helium mit schweren Elementen angereichert. Dies bedeutete, dass diese zweite Generation von Sternen (Population II) metallreicher war als die erste, als überdichte Flecken in diesen angereicherten Wolken kollabierten und neue Sterne entstanden.
Das JADES Deep Field nutzt Beobachtungen des James Webb Space Telescope (JWST) der NASA, um die Standorte der neu entdeckten Supernova-Explosionen zu zeigen (Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, STScI, JADES Collaboration)
Dies wiederholt die Geburt einer dritten Generation von noch metallreicheren Sternen. Dies ist die dritte Generation von Sternenkörpern, Population-I-Sternen (wiederum nicht Pop-III-Sterne, wie man erwarten würde), zu denen unser Stern, die Sonne, gehört.
Auch wenn dies wie eine Wiederholung der kosmischen Geschichte erscheinen mag, gab es etwas anderes bei der ersten Runde von Supernovas.
Wissenschaftler glauben, dass die metallarme Natur dieser Sterne sie zu einem kürzeren Leben veranlasst hätte. Außerdem waren die Supernova-Explosionen, die das Ende ihres Lebens markierten, heftiger als die von späteren Nachfolgesternen.
Diese frühen Supernovae sollten unglaublich hell und somit für das JWST sichtbar sein. In der Tat hat die JADES-Kollaboration, die die Geburt und Entwicklung der frühesten Galaxien untersucht, bisher über 80 alte Supernovas entdeckt.
„Die Untersuchung weit entfernter Supernova-Explosionen ist die einzige Möglichkeit, die einzelnen Sterne zu erforschen, die diese frühen Galaxien bevölkern“, sagte Christa DeCoursey, Mitglied des Teams und Forscherin an der Universität von Arizona in Tucson, in einer Erklärung. „Die schiere Anzahl der Entdeckungen und die großen Entfernungen zu diesen Supernovas sind die beiden aufregendsten Ergebnisse unserer Durchmusterung.“
Eine frühe Supernova mit einer Wendung
Die chemische Zusammensetzung von AT 2023adsv bedeutet, dass es sich um eine der frühesten dieser Supernovas handelt. „Diese Supernova ist so weit entfernt und liegt daher so weit in der Vergangenheit, dass das Universum weniger als 2 Milliarden Jahre alt war, als das Licht zum ersten Mal zu uns kam“, so Coulter weiter. „Das bedeutet, dass dieses Licht 6 Milliarden Jahre unterwegs war, bevor die Sonne überhaupt entstand.
„Diese Supernova fand also in einer Umgebung statt, die sich erheblich von der Umgebung unterscheidet, in der unser Heimatstern heute lebt.“
AT 2023adsv, eine Supernova, die in einer Galaxie mit einer Rotverschiebung von 3,6 entdeckt wurde. Ihr Vorläufer explodierte, als das Universum nur 2 Milliarden Jahre alt war (Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, STScI, JADES Collaboration)AT 2023adsv ähnelt zwar der metallarmen Umgebung des frühen Universums, in der der Stern, der explodierte, geboren wurde, aber es gibt auch ein oder zwei Abweichungen: „Es scheint ein enger Cousin lokaler Supernovas zu sein, die in ähnlich unberührten Umgebungen beobachtet wurden“, so Coulter in der Erklärung. „Allerdings hört die Ähnlichkeit hier auf – 2023adsv scheint einst ein besonders massereicher Stern gewesen zu sein, vielleicht bis zum 20-fachen der Masse unserer Sonne.“ Sterne von solch monströser Größe sind im lokalen und heutigen Universum selten. Außerdem explodierte 2023adsv mit etwa doppelt so viel Energie wie die durchschnittliche Supernova, die von massereichen Sternen in der Nähe 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 am National Astronomical Observatory of Japan, Takashi Moriya.2026 wird das JWST bei der Jagd nach der frühesten und am weitesten entfernten kosmischen Explosion helfen, wenn die NASA ihr nächstes großes Weltraumteleskop, das Nancy Grace Roman Space Telescope, starten wird. Aktuelle Schätzungen gehen davon aus, dass das weite Sichtfeld von Roman Tausende von frühen Supernovae aufspüren wird, die das empfindliche Infrarotauge des JWST dann untersuchen kann. Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am Montag auf der 245.
