Das JADES Deep Field nutzt Beobachtungen des James Webb Space Telescope (JWST) der NASA im Rahmen des JADES-Programms (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey). Ein Team von Astronomen, die JADES-Daten untersuchten, identifizierte etwa 80 Objekte (grün eingekreist), deren Helligkeit sich im Laufe der Zeit änderte. Die meisten dieser Objekte, Transienten genannt, sind das Ergebnis von Sternexplosionen oder Supernovae. Vor dieser Studie wurden nur eine Handvoll Supernovae oberhalb einer Rotverschiebung von 2 entdeckt, was einer Zeit entspricht, in der das Universum erst 3,3 Milliarden Jahre oder nur 25 % seines heutigen Alters alt war. Die JADES-Probe enthält viele Supernovae, die noch früher explodierten, als das Universum weniger als 2 Milliarden Jahre alt war. Mit einer Rotverschiebung von 3,6 ist es das am weitesten entfernte, das jemals spektroskopisch bestätigt wurde. Sein Mutterstern explodierte, als das Universum erst 1,8 Milliarden Jahre alt war. Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, STScI, JADES-Zusammenarbeit
Das James Webb-Weltraumteleskop der NASA blickt tief in den Kosmos und ermöglicht Wissenschaftlern den ersten detaillierten Blick auf Supernovae aus einer Zeit, als unser Universum nur einen kleinen Bruchteil seines heutigen Alters hatte. Ein Team hat mithilfe von Webbs Daten zehnmal mehr Supernovae im frühen Universum identifiziert als bisher bekannt. Einige der neu entdeckten explodierenden Sterne sind die am weitesten entfernten Exemplare ihrer Art, darunter auch solche, die zur Messung der Expansionsrate des Universums verwendet werden.
„Webb ist eine Supernova-Entdeckungsmaschine“, sagte Christa DeCoursey, Studentin im dritten Jahr am Steward Observatory und der University of Arizona in Tucson. „Die große Anzahl der Nachweise sowie die großen Entfernungen zu diesen Supernovae sind die beiden interessantesten Ergebnisse unserer Untersuchung.“
DeCoursey präsentierte diese Ergebnisse auf einer Pressekonferenz beim 244. Treffen der American Astronomical Society in Madison, Wisconsin.
„Eine Supernova-Entdeckungsmaschine“
Um diese Entdeckungen zu machen, analysierte das Team Bilddaten, die im Rahmen des JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES)-Programms gewonnen wurden. Webb ist ideal für die Suche nach extrem weit entfernten Supernovae, da ihr Licht zu längeren Wellenlängen gestreckt wird, ein Phänomen, das als kosmologische Rotverschiebung bekannt ist.
Vor Webbs Start wurden nur eine Handvoll Supernovae oberhalb einer Rotverschiebung von 2 entdeckt, was einer Zeit entspricht, als das Universum erst 3,3 Milliarden Jahre alt war, also gerade einmal 25 % des heutigen Alters. Die JADES-Probe enthält viele Supernovae, die noch früher explodierten, als das Universum weniger als 2 Milliarden Jahre alt war.
Zuvor nutzten Forscher das Hubble-Weltraumteleskop der NASA, um Supernovae zu beobachten, als sich das Universum im „jungen Erwachsenenstadium“ befand. Mit JADES beobachten Wissenschaftler Supernovae, während sich das Universum in seiner „Jugend“ oder „Vorjugend“ befand. Sie hoffen, in Zukunft in die „Kleinkind“- oder „Kleinkind“-Phase des Universums zurückkehren zu können.
Um Supernovae zu entdecken, verglich das Team mehrere Bilder, die im Abstand von einem Jahr aufgenommen wurden, und suchte nach Quellen, die in diesen Bildern verschwanden oder auftauchten. Diese Objekte, deren beobachtete Helligkeit im Laufe der Zeit variiert, werden Transienten genannt, und Supernovae sind eine Art Transient. Insgesamt entdeckte das JADES Transient Survey Sample-Team etwa 80 Supernovae in einem Himmelsbereich von der Dicke eines auf Armlänge gehaltenen Reiskorns.
„Dies ist wirklich unser erstes Beispiel dafür, wie das Universum mit hoher Rotverschiebung für die transiente Wissenschaft aussieht“, sagte Teamkollege Justin Pierel, NASA-Einstein-Stipendiat am Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, Maryland. „Wir versuchen herauszufinden, ob entfernte Supernovae sich grundlegend von dem unterscheiden oder sehr ähnlich sind zu dem, was wir im nahen Universum sehen.“
Pierel und andere STScI-Forscher lieferten Expertenanalysen, um festzustellen, welche Transienten tatsächlich Supernovae waren und welche nicht, da sie oft sehr ähnlich aussahen.
Das Team identifizierte eine Reihe von Supernovae mit hoher Rotverschiebung, darunter die am weitesten entfernte, die jemals spektroskopisch bestätigt wurde, mit einer Rotverschiebung von 3,6. Sein Mutterstern explodierte, als das Universum erst 1,8 Milliarden Jahre alt war. Hierbei handelt es sich um eine sogenannte Kernkollaps-Supernova, eine Explosion eines massereichen Sterns.
Dieses Mosaik zeigt drei der etwa 80 Transienten oder Objekte mit wechselnder Helligkeit, die in Daten des JADES-Programms (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey) identifiziert wurden. Die meisten Transienten sind das Ergebnis von Sternexplosionen oder Supernovae. Durch den Vergleich von Bildern aus den Jahren 2022 und 2023 konnten Astronomen Supernovae lokalisieren, die unserer Ansicht nach kürzlich explodiert sind (wie die in den ersten beiden Spalten gezeigten Beispiele), oder Supernovae, die bereits explodiert sind und deren Licht nachlässt (dritte Spalte). . Das Alter jeder Supernova kann anhand ihrer Rotverschiebung (gekennzeichnet mit „z“) bestimmt werden. Das Licht der am weitesten entfernten Supernova mit einer Rotverschiebung von 3,8 erschien, als das Universum erst 1,7 Milliarden Jahre alt war. Eine Rotverschiebung von 2,845 entspricht einem Zeitraum von 2,3 Milliarden Jahren nach dem Urknall. Das nächstgelegene Beispiel mit einer Rotverschiebung von 0,655 zeigt Licht, das seine Galaxie vor etwa 6 Milliarden Jahren verließ, als das Universum etwas mehr als halb so alt war wie heute. Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, STScI, Christa DeCoursey (Universität von Arizona), JADES Collaboration
Entdeckung entfernter Supernovae vom Typ Ia
Supernovae vom Typ Ia sind für Astrophysiker von besonderem Interesse. Diese explodierenden Sterne sind so vorhersehbar hell, dass sie zur Messung entfernter kosmischer Entfernungen verwendet werden und Wissenschaftlern helfen, die Expansionsrate des Universums zu berechnen. Das Team identifizierte mindestens eine Supernova vom Typ Ia mit einer Rotverschiebung von 2,9. Das Licht dieser Explosion erreichte uns vor 11,5 Milliarden Jahren, als das Universum erst 2,3 Milliarden Jahre alt war. Der bisherige Entfernungsrekord für eine spektroskopisch bestätigte Typ-Ia-Supernova lag bei einer Rotverschiebung von 1,95, als das Universum 3,4 Milliarden Jahre alt war.
Wissenschaftler sind bestrebt, Supernovae vom Typ Ia bei hohen Rotverschiebungen zu analysieren, um zu sehen, ob sie unabhängig von der Entfernung alle die gleiche intrinsische Leuchtkraft haben. Dies ist von entscheidender Bedeutung, denn wenn ihre Helligkeit mit der Rotverschiebung variiert, wären sie keine zuverlässigen Marker zur Messung der Expansionsrate des Universums.
Pierel analysierte diese Supernova vom Typ Ia, die bei einer Rotverschiebung von 2,9 gefunden wurde, um festzustellen, ob ihre intrinsische Leuchtkraft von der erwarteten abweicht. Obwohl dies nur das erste Objekt dieser Art ist, deuten die Ergebnisse nicht darauf hin, dass sich die Leuchtkraft vom Typ Ia mit der Rotverschiebung ändert. Weitere Daten werden benötigt, aber vorerst bleiben die auf Supernovae vom Typ Ia basierenden Theorien über die Expansionsrate und das endgültige Schicksal des Universums intakt. Pierel präsentierte seine Ergebnisse auch auf der 244. Tagung der American Astronomical Society.
In die Zukunft schauen
Das frühe Universum war ein ganz anderer Ort mit extremen Umgebungen. Wissenschaftler erwarten, uralte Supernovae von Sternen zu sehen, die weitaus weniger schwere chemische Elemente enthalten als Sterne wie unsere Sonne. Der Vergleich dieser Supernovae mit denen im lokalen Universum wird Astrophysikern helfen, die Mechanismen der Sternentstehung und Supernova-Explosionen in diesen frühen Epochen zu verstehen.
„Wir öffnen im Wesentlichen ein neues Fenster in das transiente Universum“, sagte STScI-Forscher Matthew Siebert, der die spektroskopische JADES-Analyse von Supernovae leitet. „Historisch gesehen haben wir jedes Mal, wenn wir das gemacht haben, äußerst aufregende Dinge entdeckt, Dinge, die wir nicht erwartet hatten.“
„Da Webb so empfindlich ist, findet es Supernovae und andere Transienten fast überall, wo es hingelenkt wird“, sagte Eiichi Egami, ein JADES-Teammitglied und Forschungsprofessor an der University of Arizona in Tucson. „Dies ist der erste bedeutende Schritt hin zu tiefergehenden Untersuchungen von Supernovae mit Webb.“
Zur Verfügung gestellt vom Space Telescope Science Institute
Zitat: Webb öffnet neues Fenster zur Supernova-Wissenschaft (10. Juni 2024), abgerufen am 10. Juni 2024 von https://phys.org/news/2024-06-webb-window-supernova-science.html
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