Astronomen haben die am weitesten entfernte Supernova entdeckt, die jemals beobachtet wurde. Sie ging von einem Stern aus, der nur wenige Augenblicke nach dem Erwachen des Universums aus seiner anfänglichen Dunkelheit explodierte. Diese durch das James Webb Space Telescope (JWST) ermöglichte Entdeckung bietet beispiellose Einblicke in die Geburt und den Tod der ersten Sterne des Universums – massereiche Ursonnen, die sich deutlich von den heute gefundenen unterschieden.
Die Herausforderung beim Studium früher Supernovae
Supernovae, die verheerenden Explosionen sterbender Sterne, gehören zu den hellsten Ereignissen im Kosmos. Das Licht dieser Ereignisse im frühen Universum braucht jedoch Milliarden von Jahren, um die Erde zu erreichen, und wird über solche riesigen Entfernungen immer schwächer. Die meisten Supernovae sind zu schwach, um in solch extremen Entfernungen entdeckt zu werden, mit Ausnahme der Supernovae vom Typ Ic, die besonders helle Gammastrahlen aussenden. Die häufigeren Supernovae vom Typ II, die aus massereichen Sternen entstehen, denen der Treibstoff ausgeht, sind in diesen Tiefen normalerweise unsichtbar.
SN Eos: Ein Durchbruch mit Gravitationslinsen
Forscher unter der Leitung von David Coulter von der Johns Hopkins University haben dieses Hindernis überwunden, indem sie SN Eos untersuchten, eine Supernova vom Typ II, die nur eine Milliarde Jahre nach dem Urknall existierte. Der Schlüssel zu dieser Beobachtung war der Gravitationslinseneffekt : Die Supernova erschien hinter einem massiven Galaxienhaufen, dessen Schwerkraft ihr Licht um den Faktor zehn verstärkte und es so beobachtbar machte. Diese natürliche Verstärkung ermöglichte eine detaillierte spektroskopische Analyse – die erste derartige Bestätigung einer Supernova in dieser Entfernung.
Implikationen für die Zusammensetzung des frühen Universums
Das Spektrum von SN Eos zeigt, dass der explodierte Stern extrem geringe Mengen an schweren Elementen enthielt – weniger als 10 % dessen, was in unserer Sonne vorkommt. Dies bestätigt theoretische Modelle, die darauf hindeuten, dass das frühe Universum überwiegend aus Wasserstoff und Helium bestand, da schwerere Elemente noch nicht durch Sternentwicklung entstanden waren.
„Das verrät uns sofort, in welcher Sternpopulation [der Stern] explodierte“, sagt Or Graur von der Universität Portsmouth und unterstreicht die Bedeutung dieser kompositorischen Beweise.
Die Epoche der Reionisierung und kosmischen Transparenz
SN Eos existierte nur wenige hundert Millionen Jahre nach der Epoche der Reionisierung. Dies war ein entscheidender Moment, als das Licht der ersten Sterne neutrales Wasserstoffgas ionisierte und so ein undurchsichtiges Universum in ein für Strahlung transparentes Universum verwandelte. Damit ist SN Eos praktisch die am weitesten entfernte Supernova, die wir beobachten können, und stellt eine nahezu Grenze unserer Fähigkeit dar, den frühen Kosmos direkt zu untersuchen.
Warum das wichtig ist
Die Untersuchung einzelner Sterne im frühen Universum ist äußerst selten. Typischerweise schließen Astronomen aus dem kollektiven Licht vieler Sterne auf Eigenschaften früher Galaxien. SN Eos bietet eine einzigartige Gelegenheit, einen einzelnen Stern in diesen Entfernungen zu untersuchen und zeigt, dass sich die Sterne im frühen Universum grundlegend von denen in unserem lokalen Kosmos unterschieden. Dieser Durchbruch trägt dazu bei, unser Verständnis der Sternpopulationen, der Sternentstehungsraten und der Bedingungen, die kurz nach der Geburt des Universums herrschten, zu verfeinern.
Diese Beobachtung markiert eine neue Ära in der Supernova-Astronomie. Indem wir tiefer in die Vergangenheit des Universums blicken, können wir die Bedingungen rekonstruieren, die die ersten Sterne und letztendlich den Kosmos, den wir heute beobachten, geformt haben.
