Blau könnte ein Indikator für die allerersten Supernovae im Universum sein

Zeitlicher Verlauf von metallarmen und metallreichen Supernovae während unterschiedlicher Phasen anhand simulierter Lichtkurven. Schockwellendurchbruch und Plateauphase sind bei metallarmen Supernovae kürzer und blauer als bei metallreichen Supernovae. (Kavli IPMU)
Zeitlicher Verlauf von metallarmen und metallreichen Supernovae während unterschiedlicher Phasen anhand simulierter Lichtkurven. Schockwellendurchbruch und Plateauphase sind bei metallarmen Supernovae kürzer und blauer als bei metallreichen Supernovae. (Kavli IPMU)

Eine internationale Kollaboration unter Leitung des Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU) hat entdeckt, dass die Farbe von Supernovae während einer bestimmten Phase ein Indikator für den Nachweis der am weitesten entfernten und ältesten Supernovae im Universum sein könnte. Diese Supernovae wären über 13 Milliarden Jahre alt.

Nach dem Urknall war das Universum circa 100 Millionen Jahre lang dunkel und mit Wasserstoff und Helium gefüllt. Dann bildeten sich langsam die ersten Sterne, und durch thermonukleare Fusionsreaktion in den Sternen entstanden schwerere Elemente, sogenannte “Metalle” –
jedes Element, das schwerer als Helium ist.

Diese Metalle wurden durch Supernova-Explosionen in den Galaxien verteilt. Supernovae der ersten Generation zu untersuchen, gibt einen Einblick in das Aussehen des Universums zu der Zeit, als die ersten Sterne, Galaxien und supermassiven Schwarzen Löcher entstanden. Aber bislang war es schwierig, eine Supernova der ersten Generation von einer gewöhnlichen Supernova zu unterscheiden.

Auf Basis von Experimenten mit Supernova-Modellen extrem metallarmer, praktisch metallloser Sterne identifiziert eine neue Studie charakteristische Veränderungen zwischen diesen Supernova-Typen. Diese Sterne stellen gute Kandidaten dar, weil sie ihre chemische Zusammensetzung zum Zeitpunkt ihrer Entstehung bewahren. Die Studie wurde von Alexey Tolstov vom Kavli IPMU geleitet und im Astrophysical Journal veröffentlicht.

“Die Explosionen der ersten Sterngeneration haben großen Einfluss auf die nachfolgende Stern- und Galaxienentwicklung. Aber zuerst brauchen wir ein besseres Verständnis dessen, wie diese Explosionen aussehen, um dieses Phänomen in der nahen Zukunft zu finden. Die größte Schwierigkeit liegt hier in der Erstellung verlässlicher Modelle basierend auf unseren aktuellen Studien und Beobachtungen. Ich bin sehr froh, einen weiteren Beitrag zu unserem Wissen über das frühe Universum zu leisten, indem die fotometrischen Eigenschaften metallarmer Supernovae festgestellt werden”, sagte Tolstov.

Die Helligkeit von Supernovae metallarmer Sterne ist mit allen Supernovae vergleichbar und zeigt einen charakteristischen Anstieg bis zu einer Spitzenhelligkeit, gefolgt von einer Abschwächung. Das Phänomen beginnt, wenn ein Stern in einem hellen Blitz explodiert, erzeugt von einer Schockwelle auf der Oberfläche nach der Kernkollapsphase des ursprünglichen Sterns. Dem Schockwellendurchbruch folgt eine lange “Plateauphase” mit nahezu konstanter Helligkeit, die mehrere Monate andauert, bevor eine langsame Abschwächung eintritt.

Das Team berechnete Lichtkurven von metallarmen Supernovae, hervorgerufen von blauen Überriesen, sowie Supernovae von metallreichen roten Überriesen. Bei metallarmen Supernovae sind sowohl die Phase des Schockwellendurchbruchs als auch die Plateauphase kürzer im Vergleich zu metallreichen Supernovae. Die Wissenschaftler schlussfolgerten, dass die Farbe Blau als ein Indikator für einen Vorläuferstern mit geringer Metallizität genutzt werden könnte. Das expandierende Universum macht es schwierig, Strahlung der ersten Sterne und Supernovae zu registrieren, da sie in den nahinfraroten Wellenlängenbereich verschoben wird.

Aber in der nahen Zukunft werden neue, große Teleskope wie das James Webb Space Telescope, dessen Start für das Jahr 2018 geplant ist, in der Lage sein, die ersten Sternexplosionen im Universum zu finden und mit dieser Methode möglicherweise identifizieren können.

Abhandlung: “Multicolor light curves simulations of Population III core-collapse supernovae: from shock breakout to 56Co decay” von Alexey Tolstov et al.

Quelle: http://www.ipmu.jp/en/20160711-BlueAndMetal

(THK)

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