Supernova-Paare bieten neue Einblicke in die gravitative Linse

Zwei Supernovae in derselben Galaxie haben die Wissenschaftler wegen ihrer ähnlichen Helligkeitsmuster neugierig gemacht. Das erste Paar wurde in der Galaxie NGC 1316 gefunden, die im Fornax-Cluster liegt. Die beiden Ereignisse, bekannt als Supernova 1980N und Supernova 1981D, wurden drei Monate voneinander entfernt entdeckt. Ihre Helligkeitsmuster passten sehr gut zusammen, was zu der Idee führte, dass sie vielleicht zwei Aufnahmen derselben Explosion sind. Ein Phänomen namens gravitative Linse, das passiert, wenn ein massives Objekt das Licht einer fernen Quelle biegt, wird für diesen Effekt verantwortlich gemacht.

Wenn diese Supernovae tatsächlich von derselben Explosion stammen, können die Wissenschaftler mehr über die Masse des Objekts erfahren, das die Linse verursacht. Dieses Objekt scheint etwa 90.000 Lichtjahre entfernt zu sein, was es an den Rand unserer Milchstrasse bringt.

Ein weiteres Paar von Supernovae, bekannt als Supernovae 2013aa und 2017cbv, wurde in einer anderen Galaxie, NGC 5643, beobachtet. Die Entfernung zum linseigenen Objekt für dieses Paar wird auf etwa 702.000 Lichtjahre geschätzt, was ähnlich der Entfernung zu unserer Nachbargalaxie Andromeda ist.

In beiden Fällen deutet die Art und Weise, wie Licht gebogen wird, darauf hin, dass die linseigenen Objekte sehr kompakt sein könnten, wahrscheinlich ultramassive Weisse Zwerge. Diese sind Überreste von Sternen, die zusammengebrochen sind, nachdem sie ihren nuklearen Brennstoff aufgebraucht haben.

#Verständnis von Zeitverzögerungen und Massenabschätzungen

Ein wichtiger Aspekt beim Studium dieser Supernovae ist die Zeitverzögerung zwischen den Bildern, die von Beobachtern gesehen werden. Diese Verzögerung kann verwendet werden, um die Masse des linseigenen Objekts zu schätzen. Wenn die Wissenschaftler die Verzögerung kennen, können sie berechnen, wie viel Masse die Linse haben muss, um die beobachteten Effekte zu erzeugen. Die Hubble-Konstante, die uns über die Expansion des Universums informiert, kann ebenfalls aus diesen Beobachtungen abgeleitet werden.

2014 gab es ein ähnliches Ereignis, bei dem vier Bilder der Supernova Refsdal in einem Galaxienhaufen beobachtet wurden. Eines dieser Bilder erschien etwa ein Jahr nach den anderen, was den Forschern die Möglichkeit gab, zu studieren, wie Licht unter dem Einfluss starker Gravitationsfelder wirkt.

Manchmal können die Zeitverzögerungen ziemlich lang sein. Zum Beispiel wird im Fall einer anderen Supernova erwartet, dass ein viertes Bild zwanzig Jahre nach dem ersten erscheint, was die komplexe Natur des Lichttransports im Raum veranschaulicht.

#Nutzung der Pantheon+ Stichprobe

Forscher nutzten eine grosse Sammlung von Supernova-Daten namens Pantheon+ Stichprobe. Dieses Datenset umfasst viele gut untersuchte Supernovae, sodass Wissenschaftler nach weiteren möglichen Paaren suchen konnten, die den zuvor gefundenen ähnlich sind. Indem sie die Helligkeitskurven und andere Merkmale verschiedener Supernovae verglichen, suchten sie nach Paaren, bei denen der Rotverschiebung – die Veränderung der Lichtwellenlänge aufgrund der Expansion des Universums – sehr ähnlich war.

Aus dieser Stichprobe identifizierten die Wissenschaftler 644 Paare von Supernovae mit übereinstimmenden Rotverschiebungswerten. Allerdings zeigten nur wenige die gleichen Helligkeitseigenschaften nah genug, um für eine weitere Untersuchung in Betracht gezogen zu werden. Dazu gehören die zuvor genannten Paare 1980N und 1981D sowie 2013aa und 2017cbv.

#Das Paar 1980N und 1981D

Die beiden Supernovae im ersten Paar wurden eingehend analysiert. Ihre Helligkeitskurven, die zeigen, wie die Helligkeit sich über die Zeit verändert, waren fast nicht voneinander zu unterscheiden. Besonders wurde festgestellt, dass beide Supernovae in mehreren Wellenlängenbändern ähnliche Helligkeit aufwiesen, was darauf hindeutet, dass sie wahrscheinlich zwei Ansichten desselben Ereignisses sind.

Angesichts der Entfernung ihrer Wirtgalaxie schätzten die Wissenschaftler, dass die gravitative Linse etwa 90.000 Lichtjahre entfernt liegt. Das entspricht ziemlich gut der Entfernung eines äusseren Halo-Globulären Haufens, der als Eridanus bekannt ist, was die Idee eines nahen linseigenen Objekts weiter unterstützt.

Das linseige Objekt wird für relativ hochmassig im Vergleich zu seiner Grösse gehalten, was darauf hindeutet, dass es sich um einen ultramassiven Weissen Zwerg handeln könnte. Solche Sterne sind Überreste grösserer Sterne, die ihren nuklearen Brennstoff erschöpft haben und aufgrund ihrer eigenen Schwerkraft zusammengebrochen sind.

#Das Paar 2013aa und 2017cbv

Das zweite Paar von Supernovae, 2013aa und 2017cbv, zeigte ebenfalls ähnliche Helligkeitskurven. Ihre Helligkeitsmuster waren eng aufeinander abgestimmt, was die Idee unterstützt, dass sie dieselbe Explosion darstellen könnten. Die für ihre Linse berechnete Entfernung betrug etwa 702.000 Lichtjahre, was nahe bei der Andromedagalaxie liegt.

Diese beiden Supernovae wurden ebenfalls hinsichtlich ihrer Merkmale analysiert, und die Daten deuteten darauf hin, dass auch ihr linseigenes Objekt wahrscheinlich ein ultramassiver Weisser Zwerg ist. Die engen Ähnlichkeiten in ihren Helligkeits- und Farbeigenschaften unterstützen weiter die Hypothese, dass sie möglicherweise aus derselben Explosion stammen.

#Standort der Linsen

Die Linsen für beide Paare von Supernovae wurden in Regionen gefunden, die ziemlich weit entfernt von bekannten Galaxien in unserer Lokalen Gruppe sind. Die Linse für das erste Paar befindet sich in Richtung der Fornax-zwerg sphäroidalen Galaxie, ist aber immer noch deutlich weiter entfernt.

Auf der anderen Seite hat die Linse, die mit dem zweiten Paar verbunden ist, keine bekannten nahen Galaxien. Sie könnte zu einem Haufen oder einem Strom von Sternen gehören, der noch nicht beobachtet wurde.

#Beobachtbarkeit der Linsen

Obwohl beide Linsen ziemlich weit von der Erde entfernt sind, gab es erfolgreiche Beobachtungen ähnlicher Objekte. Zum Beispiel wurde ein akkreter Weisser Zwerg in der Andromedagalaxie entdeckt, der seine Röntgenemissionen zeigte. Kommende Satellitenmissionen wie LISA könnten weitere ähnliche Objekte in nahegelegenen Galaxien finden.

#Fazit

Zusammenfassend wurden zwei Paare von Supernovae untersucht, die bedeutende Einblicke in die Natur der gravitativen Linsen und die möglichen Identitäten der linseigenen Objekte offenbaren. Die Entdeckung ultramassiver Weisser Zwerge als mögliche Linsen eröffnet neue Wege, um die Struktur unseres Universums zu verstehen. Laufende Beobachtungen und Datensammlungen aus Supernova-Umfragen versprechen, mehr Licht auf diese faszinierenden kosmischen Ereignisse und die kompakten Objekte, die dafür verantwortlich sind, zu werfen. Während die Wissenschaftler mehr Daten sammeln, wird das Studium dieser kosmischen Phänomene weiter vertieft, was unser Wissen über das Universum und seine Bestandteile erweitert.