Ein riesiger Galaxienhaufen vergrößert das Licht einer fernen Supernova und teilt es in mehrere Bilder auf

Im Laufe der Jahrhunderte haben sich die Menschen nicht gescheut, die Zukunft vorherzusagen. Aber einige von ihnen hätten ihre Erwartungen für sich behalten sollen. Der Präsident der Michigan Thrift Bank zum Beispiel sagte 1903 voraus, dass sich das Pferd als Standardtransportmittel durchsetzen würde. Er sagte, das Auto sei nur eine Modeerscheinung. Erfinder Thomas Edison glaubte, dass alle Einrichtungsgegenstände im 21. Jahrhundert aus Stahl bestehen würden, einschließlich der Babywiege. Und 1946 verkündete der Filmproduzent Daryl Zanuck, dass das noch junge Medium Fernsehen nicht überleben würde, weil niemand Bilder in einer Holzkiste anschauen wollte.

Diese Vorhersagen sind möglicherweise verblasst, aber es gibt eine Vorhersage, die Sie in Ihren Kalendern festlegen können. Um das Jahr 2037 wird eine Wiederholung des Todes einer Supernova im Weltraum erscheinen.

Die Neuausstrahlung wurde mit freundlicher Genehmigung einer Gruppe riesiger Galaxien vor einer weit entfernten Supernova durchgeführt, deren Licht 10 Milliarden Jahre lang durch den Weltraum gereist ist, um die Erde zu erreichen. Die starke Schwerkraft des kolossalen Arrays wirkt wie ein großes Himmelszoomobjektiv, das das Licht der Supernova vergrößert und verzerrt und in mehrere Kopien aufteilt. Drei Faksimiles der Supernova-Masse wurden entdeckt von Hubble-Weltraumteleskop In einem bogenförmigen Muster über den Block verstreut. Jedes Bild ist eine Momentaufnahme von Supernova-Licht zu verschiedenen Zeiten nach der Explosion.

Die neue Entdeckung ist das dritte Beispiel für eine multiple Supernova, bei der Astronomen Verzögerungen bei Ankunftszeiten messen können.

Wenn sie geduldig sind, werden sie in etwa 16 Jahren eine vierte Version des explodierenden Sterns enthüllen.

Jetzt siehst du sie, jetzt nicht. Drei Ansichten derselben Supernova sind im linken Bild von 2016 zu sehen, das vom Hubble-Weltraumteleskop aufgenommen wurde. Aber sie sind weg auf dem Bild von 2019. Eine entfernte Supernova namens Requiem ist in den riesigen Galaxienhaufen MACS J0138 eingebettet. Der Haufen ist so massiv, dass seine starke Gravitation das Licht der Supernova, die sich in einer weit dahinter liegenden Galaxie befindet, verbiegt und verstärkt. Dieses Phänomen, das als Gravitationslinseneffekt bezeichnet wird, teilt das Supernova-Licht auch in mehrere Spiegelbilder auf, hervorgehoben durch die weißen Kreise im Bild von 2016. Die doppelt abgebildete Supernova verschwindet im 2019-Bild desselben Haufens, rechts. Die Aufnahme aus dem Jahr 2019 half Astronomen, die Proportionen des Körpers zu bestätigen. Supernovae explodieren und verblassen mit der Zeit. Die Forscher sagen voraus, dass 2037 ein Neustart derselben Supernova auftreten wird. Der erwartete Ort dieses vierten Bildes wird durch den gelben Kreis oben links angezeigt. Das von der Requiem-Supernova emittierte Licht brauchte schätzungsweise 10 Milliarden Jahre für seine Reise, basierend auf der Entfernung seiner Wirtsgalaxie. Das Licht, das Hubble vom Cluster aufnahm, MACS J0138.0-2155, brauchte etwa vier Milliarden Jahre, um die Erde zu erreichen. Die Bilder wurden im Nahinfrarotlicht von Hubbles Wide Field Camera 3 aufgenommen.
Quelle: Hauptautor: Steve A. Rodney (University of South Carolina), Gabriel Brammer (Cosmic Dawn Center/Niels Bohr Institute/University of Copenhagen), Bildverarbeitung: Joseph DePasquale (STScI)

Es ist schwierig, Vorhersagen zu treffen, insbesondere in der Astronomie. Es gibt jedoch einige Vorhersagen, auf die sich Astronomen verlassen können, wie zum Beispiel den Zeitpunkt der bevorstehenden Mond- und Sonnenfinsternisse und die Rückkehr der Uhr für einige Kometen.

Mit Blick über das Sonnensystem hinaus haben Astronomen nun eine starke Vorhersage für ein Ereignis tief im intergalaktischen Raum hinzugefügt: ein Bild eines explodierenden Sterns namens Supernova Requiem, das um 2037 erscheinen wird mit bloßem Auge, einige zukünftige Teleskope sollten es erkennen können.

Diese futuristische Erscheinung stellt sich als vierte bekannte Ansicht derselben Supernova heraus, vergrößert, aufgehellt und von einer riesigen Gruppe von Galaxien, die als kosmisches Zoomobjektiv fungieren, in separate Bilder aufgeteilt. Drei Supernova-Bilder wurden erstmals aus Archivdaten aus dem Jahr 2016 gefunden NASAHubble-Weltraumteleskop.

Die Mehrfachbilder werden durch die starke Schwerkraft des monströsen Galaxienhaufens erzeugt, die das Licht der Supernova weg von ihm verzerrt und verstärkt, ein Effekt, der als Gravitationslinseneffekt bezeichnet wird. Dieser Effekt wurde zuerst von Albert Einstein vorhergesagt, der einer Glaslinse entspricht, die Licht beugt, um ein Bild eines entfernten Objekts zu vergrößern.

Die dreifachen Supernova-Bilder, die als winzige Punkte in einer einzigen Hubble-Aufnahme zu sehen sind, repräsentieren das Licht der explosiven Folgen. Die Punkte variieren in Helligkeit und Farbe und zeigen drei verschiedene Phasen der verblassenden Explosion an, während sie im Laufe der Zeit abkühlt.

Diese Animation zeigt, wie das Licht des Supernova-Requiems, das vor etwa 10 Milliarden Jahren explodierte, von einer riesigen Gruppe von Vordergrundgalaxien in mehrere Bilder aufgeteilt wurde. Supernova-Licht reist Milliarden Lichtjahre in Richtung Erde, wenn es mit dem massiven Galaxienhaufen kollidiert. Die starke Anziehungskraft der Gruppe verzerrt das Raumgefüge, das durch das Gitter repräsentiert wird. Die Anziehungskraft des Galaxienhaufens verstärkt die Beleuchtung und Helligkeit der Supernova und teilt sie in viele Hexen auf, wie in dieser Aufnahme des Hubble-Weltraumteleskops von 2016 gezeigt. Ein Teil des Lichts des explodierenden Sterns nimmt jedoch einen längeren Weg zur Erde. Es passiert den zentralen Bereich des Haufens, wo die Schwerkraft am stärksten ist. Die Kombination aus Schwerkraft und einem längeren Weg durch den Weltraum verlangsamt das Licht und verzögert seine Ankunft auf der Erde um etwa 16 Jahre. Forscher vergleichen dieses Phänomen mit einem Zug, der in ein tiefes Tal gefahren ist und jetzt einen steilen Hügel schneidet, um auszusteigen. Dieses Licht wird voraussichtlich 2037 die Erde erreichen. Bildnachweis: NASA, ESTEC, STScI und Greg T. Bacon (STScI)

„Diese neue Entdeckung ist das dritte Beispiel für eine bildgebende Multiplexer-Supernova, mit der wir Verzögerungen bei Ankunftszeiten messen können“, erklärte der leitende Forscher Steve Rodney von der University of South Carolina in Columbia. Es ist das am weitesten entfernte der drei, und die erwartete Verzögerung ist außergewöhnlich lang. Wir werden in der Lage sein, zurückzugehen und die letzte Ankunft zu sehen, die wir 2037 erwarten, plus oder minus ein paar Jahre.“

Das Licht, das Hubble vom Cluster aufnahm, MACS J0138.0-2155, brauchte etwa vier Milliarden Jahre, um die Erde zu erreichen. Das von der Requiem-Supernova emittierte Licht brauchte schätzungsweise 10 Milliarden Jahre für seine Reise, basierend auf der Entfernung seiner Wirtsgalaxie.

Die Vorhersage des Teams über das Auftreten einer Supernova-Rückkehr basiert auf Computermodellen des Haufens, die die verschiedenen Wege beschreiben, die das Supernova-Licht durch das Labyrinth klumpiger dunkler Materie im Galaxienhaufen nimmt. Dunkle Materie ist eine unsichtbare Substanz, die den Großteil der Materie des Universums ausmacht und das Gerüst ist, auf dem Galaxien und Galaxienhaufen aufgebaut sind.

Jedes vergrößerte Bild nimmt einen anderen Weg durch den Haufen und erreicht die Erde zu einem anderen Zeitpunkt, was teilweise auf Unterschiede in der Länge der Wege zurückzuführen ist, denen das Supernova-Licht folgt.

„Wenn etwas Licht in der Nähe eines sehr massereichen Objekts, wie einer Galaxie oder eines Galaxienhaufens, vorbeigeht, verzögert die Krümmung der Raumzeit, die uns Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie sagt, für jede Masse vorhanden ist, die Übertragung von Licht um diese Masse herum“, sagte Rodney . .

Er vergleicht die verschiedenen Supernova Light Tracks mit mehreren Zügen, die gleichzeitig einen Bahnhof verlassen, alle mit derselben Geschwindigkeit fahren und zum selben Ort fahren. Jeder Zug fährt jedoch eine andere Route und die Entfernung für jedes Gleis ist unterschiedlich. Da Züge auf unterschiedlichem Terrain unterschiedliche Gleislängen befahren, erreichen sie ihr Ziel nicht gleichzeitig.

Darüber hinaus wird erwartet, dass die linsenförmige Supernova im Jahr 2037 später erscheint als andere Bilder derselben Supernova, da ihr Licht direkt durch die Mitte des Haufens wandert, wo die größte Menge an Dunkler Materie vorhanden ist. Die massive Masse des Arrays beugt das Licht, was zu einer längeren Zeitverzögerung führt. „Dies ist die letzte Person, die ankommt, weil es wie ein Zug ist, der tief in ein Tal hinunter und wieder herausfährt. Dies ist die langsamste Art der Reise ans Licht“, erklärte Rodney.

Linsenförmige Supernova-Bilder wurden 2019 von Gabi Brammer, einer Mitautorin der Studie am Center for Cosmic Dawn am Niels-Bohr-Institut der Universität Kopenhagen in Dänemark, entdeckt. Brammer überwachte Supernova-Reflexionsbilder, während er entfernte Galaxien analysierte, die durch massereiche Galaxienhaufen im Vordergrund vergrößert wurden, als Teil des laufenden Programms von Hubble namens REsolved QUIEescent Magnified Galaxies (REQUIEM).

Er verglich neue REQUIEM-Daten aus dem Jahr 2019 mit Archivbildern, die 2016 aus einem anderen Hubble-Wissenschaftsprogramm aufgenommen wurden. In den Daten von 2016 fiel ihm ein kleines rotes Objekt auf, das er zunächst für eine ferne Galaxie hielt. Aber es ist auf den Fotos von 2019 verschwunden.

„Aber dann, nachdem ich die Daten von 2016 untersucht hatte, bemerkte ich drei vergrößerte Objekte, zwei rote und ein lila“, erklärte er. Jedes der drei Objekte wurde mit einem Linsenbild einer großen, weit entfernten Galaxie gepaart. Ich schlug sofort vor, dass es sich nicht um eine weit entfernte Galaxie handelt, sondern um eine vorübergehende Quelle in diesem System, die in den Bildern von 2019 wie eine ausgeschaltete Glühbirne aus den Augen verschwand.“

Brammer arbeitete mit Rodney zusammen, um das System weiter zu analysieren. Linsen-Supernova-Bilder sind in einem Bogen um den Kern des Haufens angeordnet. Sie erscheinen als kleine Punkte in der Nähe der verwischten orangefarbenen Merkmale, von denen angenommen wird, dass sie vergrößerte Schnappschüsse der Supernova-Wirtsgalaxie sind.

Der Co-Autor der Studie, Johann Richard von der Universität Lyon in Frankreich, erstellte eine Karte der Menge an Dunkler Materie im Haufen, die von der erzeugten Linse abgeleitet wurde. Die Karte zeigt die erwarteten Positionen von Objekten mit Linsen. Es wird erwartet, dass diese Supernova im Jahr 2042 wieder auftaucht, aber sie wird so schwach sein, dass das Forschungsteam glaubt, dass sie nicht sichtbar ist.

Die Erkennung des Wiederauflebens des explosiven Ereignisses wird Astronomen helfen, die Zeitverzögerungen zwischen allen vier Supernova-Bildern zu messen, was Hinweise auf die Art des verzerrten Weltraumgeländes liefert, das das Licht des explodierenden Sterns abdecken sollte. Mit diesen Messungen können Forscher Modelle verfeinern, die die Masse des Clusters bestimmen. Die Entwicklung genauer Karten der Dunklen Materie von massiven Galaxienhaufen ist eine weitere Möglichkeit für Astronomen, die Expansionsrate des Universums zu messen und die Natur der Dunklen Energie zu untersuchen, einer mysteriösen Energieform, die der Schwerkraft entgegenwirkt und das Universum schneller ausdehnt.

Rodney erklärte, dass diese Zeitverzögerungsmethode wertvoll ist, weil sie eine direktere Möglichkeit ist, die Expansionsrate des Universums zu messen. „Diese langen Verzögerungen sind besonders wertvoll, weil Sie diese Zeitverzögerung gut und genau messen können, wenn Sie geduldig sind und Jahre, in diesem Fall mehr als ein Jahrzehnt, warten, bis das endgültige Bild zurückkommt“, sagte er. „Es ist ein völlig unabhängiger Pfad zur Berechnung der Expansionsrate des Universums. In Zukunft wird der wahre Wert eine größere Stichprobe davon verwenden, um die Genauigkeit zu verbessern.“

Linsenförmige Beobachtungen von Supernovae werden in den nächsten 20 Jahren mit dem Start des Nancy Grace Roman Space Telescope der NASA und der Inbetriebnahme des Vera Sea Robin Observatory immer häufiger auftreten. Beide Teleskope werden weite Teile des Himmels beobachten, was es ihnen ermöglichen wird, Dutzende von doppelt abgebildeten Supernovae zu beobachten.

Zukünftige Teleskope wie die NASA James Webb Weltraumteleskop Licht von der Supernova könnte auch Masse in anderen Perioden der Explosion erkennen. Die Ergebnisse des Teams erscheinen am 13. September im Magazin natürliche Astronomie.

Referenz: „Eine gravitative Supernova mit einer spürbaren Zeitverzögerung von zwei Jahrzehnten“ von Stephen A. Rodney und Gabriel B. Brammer, Justin D. Beryl, Johan Richard, Son Toft, Kyle F. O’Connor, Muhammed Achshek, Catherine E. Whitaker, 13.09.2021 Hier erhältlich. natürliche Astronomie.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01450-9

Das Hubble-Weltraumteleskop ist ein internationales Kooperationsprojekt zwischen der NASA und der European Space Agency (ESA). Das Teleskop wird vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, betrieben. Das Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, Maryland, führt Hubble-Forschungsoperationen durch. STScI wird für die NASA vom Consortium of Universities for Research in Astronomy in Washington, DC betrieben