9 Minute
O echipă internațională de astronomi a folosit Telescopul Spațial James Webb (JWST) pentru a identifica cea mai îndepărtată supernovă observată până acum, oferind o fereastră rară asupra modului în care au murit stelele masive în primele etape ale Universului. Explozia, legată de sursa de raze gamma GRB 250314A, a avut loc când cosmosul avea aproximativ 730 de milioane de ani — adânc în epoca cunoscută sub numele de reionizare.
Aceasta este o concepție artistică a uneia dintre cele mai luminoase explozii observate vreodată în spațiu. Denumită Luminous Fast Blue Optical Transient (LFBOT), strălucește intens în lumină albastră și evoluează rapid, atingând maximul de luminozitate și estompându-se din nou în decurs de zile, spre deosebire de supernove care au nevoie de săptămâni sau luni pentru a se estompa. Credit: NASA, ESA, NSF's NOIRLab, Mark Garlick, Mahdi Zamani
Observarea unei morți stelare la marginea timpului
Descoperirea a început cu un flash puternic: pe 14 martie 2025 observatorul spațial SVOM a înregistrat un burst de raze gamma de durată lungă, catalogat ca GRB 250314A. Urmăriri de la sol efectuate cu Telescopul Foarte Mare (Very Large Telescope, VLT) al Observatorului European Austral (ESO) au determinat un redshift compatibil cu o sursă existentă când Universul avea doar aproximativ 730 de milioane de ani. Acele detecții inițiale au semnalat un eveniment candidat din epoca reionizării — perioada în care primele stele și galaxii au ionizat hidrogenul neutru și au modificat mediul intergalactic.
În mod crucial, Telescopul Spațial James Webb (JWST) a efectuat imagistică țintită cu camera sa în infraroșu apropiat (NIRCam) la aproximativ 110 zile după GRB. Prin măsurarea luminii infraroșii în scădere la poziția GRB și prin separarea acestei lumini de strălucirea mult mai slabă a galaxiei gazdă, astronomii au identificat o supernovă asociată cu burst-ul: prima detecție robustă a unui astfel de fenomen la această distanță extremă.
Detectarea unei supernove în epoca reionizării reprezintă un pas major pentru observarea evoluției stelare timpurii și pentru studiul populațiilor stelare cu metalicitate scăzută. Identificarea la redshift mare (parametru esențial pentru cosmologie) oferă informații directe despre proprietățile progenitorilor stelari — mase inițiale, rotație și structura internă — dar și despre modul în care acestea au contribuit la reionizarea și îmbogățirea chimică a Universului timpuriu.
De ce contează această supernovă
Supernovele asociate cu burst-urile de raze gamma de lungă durată sunt considerate a marca colapsul unor stele foarte masive, care păstrează un moment cinetic semnificativ și dezvoltă jeturi relativiste capabile să producă GRB. Ceea ce a surprins cercetătorii a fost cât de familiară părea această explozie aflată la un redshift atât de mare. Luminozitatea și comportamentul spectral seamănă îndeaproape cu cele ale SN 1998bw, supernova care a servit ca prototip pentru supernovele asociate GRB în Universul local.
Asemănarea sugerează că steaua progenitoare a produs GRB 250314A și supernova sa nu a fost radical diferită față de stelele masive observate astăzi, în ciuda condițiilor de metalicitate scăzută a mediului cosmic timpuriu. Această continuitate în fenomenele de moarte stelară indică faptul că fizica colapsului corei, conservarea momentului cinetic și mecanismele de formare a jeturilor pot funcționa similar pe o gamă largă de metalicități.
Multe modele teoretice prevăzuseră alternative marcante pentru stelele timpurii: explozii mult mai luminoase, mai albastre sau fenomene tranzitorii atipice, inclusiv supernove superluminiscente (SLSN). Observațiile Webb contribuie la restrângerea acestor modele, deoarece echipa a exclus prezența unei SLSN extrem de luminoase în același loc, orientând interpretarea către o supernovă „clasică” GRB într-un context de epocă timpurie.
Observații, modele și pașii următori
Efortul științific a combinat instrumente și expertiză din mai multe observatoare și țări. SVOM a alertat comunitatea astronomică prin măsurători în unda gamma de înaltă energie. VLT (ESO) a furnizat confirmarea spectroscopică a distanței sursei și a redshift-ului, esențială pentru plasarea evenimentului în epoca reionizării. Ulterior, NIRCam a rezolvat semnalul tranzitoriu slab față de lumina galaxiei gazdă, aplicând modele bazate pe populația locală de supernove asociate GRB pentru a anticipa emisia infraroșie la acel epoch.
Modelul teoretic utilizat pentru comparație a inclus evoluția fotometrică și spectrală a unor core-collapse GRB-supernove, ținând cont de efectele de redshift, atenuare intergalactică și proprietățile stelei progenitoare (masă, rotație, metalicitate). Potrivirea neașteptat de bună între simulări și măsurători a consolidat încrederea că tranzientul este, într-adevăr, o supernovă clasică asociată unui burst de raze gamma în epoca reionizării.
Detectarea și caracterizarea unui asemenea eveniment necesită sincronizare precisă și sensibilitate profundă în infraroșu — capabilități pentru care JWST a fost proiectat. Observarea la circa 110 zile după explozie a permis surprinderea supernovei încă distincte față de fundalul galaxiei. Echipa plănuiește observații JWST ulterioare în următorul an sau doi; până atunci, lumina supernovei ar trebui să se fi estompat cu mai mult de două magnitudini, ceea ce va facilita o vedere mai clară a galaxiei gazdă slabe și o separare definitivă a contribuției tranzitorii.
Pe lângă JWST, următoarele etape includ monitorizare multi-bandă cu telescoapele terestre și spațiale, analize spectrale profunde pentru a detecta semnături ale elementelor sintetizate (de exemplu, linii ale fierului sau oxigenului produse prin nucleosinteză), precum și simulări hydrodinamice și radiative pentru a reconstrui mecanismul explosionar. Observațiile ulterioare vor ajuta, de asemenea, la determinarea proprietăților galaxiei gazdă: rata de formare stelară, masa stellară totală, metalicitatea și modul în care aceasta se raportează la populațiile stelare timpurii.
Implicații științifice
Găsirea unei supernove asociate GRB atât de devreme în istoria cosmică contribuie la ancorarea modelelor de evoluție stelară, nucleosinteză și funcție de masă inițială (initial mass function, IMF) pentru formarea stelară timpurie. Dacă stelele masive din Universul timpuriu mor în moduri similare cu cele apropiate, atunci anumite procese fundamentale — fizica colapsului miezului, păstrarea momentului cinetic și producția de jeturi care alimentează GRB-urile — sunt rezistente la variațiile de metalicitate și mediu.
Aceasta are consecințe importante pentru teoriile despre primele generații de stele (populația I/II/III), pentru modul în care aceste stele au contribuit la reacțiile nucleare care produc elementele grele (nucleosinteză) și pentru evoluția chimică timpurie a galaxiei. De exemplu, confirmarea unui mecanism de colaps similar ar putea însemna că supernovele timpurii au fost eficiente la împrăștierea elementelor sintetizate în mediul intergalactic, accelerând îmbogățirea chimică în primele sute de milioane de ani.
Mai mult, această descoperire restrânge spațiul parametrilor pentru modelele care leagă proprietățile progenitorilor (masă, rotație, pierderi de masă dependente de metalicitate) de tipul final de explozie (SN, SLSN, LFBOT etc.). De asemenea, ea educă strategiile observatoare pentru detectarea altor evenimente similare: unde și când să cauți în infraroșu, ce filtru photo-metric folosi pentru a maximiza raportul semnal/zgomot și cum să prioritizezi campaniile de urmărire spectroscopică cu instrumente precum VLT, Keck sau viitoarele generatoare de spectre pe ELT.
Perspective ale experților
Dr. Fiona Hayes, astrofiziciană (ficțională, pentru context), reflectă: "Această detecție este un reper. Ne arată că motoarele care alimentează burst-urile de raze gamma și supernovele asociate funcționau deja cu mai puțin de un miliard de ani după Big Bang. JWST ne oferă sensibilitatea necesară pentru a testa dacă morțile stelare timpurii diferă fundamental de cele pe care le observăm în vecinătatea noastră cosmică — și, până acum, arată remarcabil de asemănătoare."
Comentarii din comunitatea științifică subliniază importanța cooperării internaționale și a folosirii complementare a sondelor: detecțiile gamma (SVOM, Swift), urmărirea optică/spectroscopică de la sol (VLT, Keck) și imagistica infraroșie profundă (JWST/NIRCam) sunt toate părți esențiale ale lanțului de dovezi. De asemenea, expertiza în modelare teoretică și în analiza fotometrică a fost critică pentru a separa contribuția supernovei de cea a galaxiei gazdă, mai ales la redshift înalt, unde expansiunea cosmică mută semnăturile spectrale în infraroșu.
Concluzie
Identificarea unei supernove legate de GRB 250314A cu JWST extinde frontiera observațională mai adânc în Universul timpuriu. Aceasta oferă un punct de date valoros în epoca reionizării și ajută astronomii să testeze modul în care stelele masive s-au format, au evoluat și au murit în timp ce primele galaxii se asamblau. Observațiile de urmărire planificate cu JWST vor rafina proprietățile galaxiei gazdă slab observabile și vor confirma contribuția completă a tranzientului, în timp ce sondaje viitoare coordonate vor căuta mai multe astfel de explozii pentru a construi o imagine statistică a morții stelare pe parcursul timpului cosmic.
Pe termen mai lung, combinarea acestor descoperiri cu studii aprofundate de spectroscopie, simulări teoretice și observații multi-longime de undă va clarifica legătura dintre proprietățile mediatorii (metallicitate, densitate, câmpuri magnetice) și fenomenele explosionare observate. Aceasta va contribui decisiv la înțelegerea originii elementelor grele, la rolul stelelor masive în reionizare și la validarea sau respingerea unor populații de stele ipotetice (de exemplu, stelele de populație III) care au dominat Universul primordial.
Sursa: scitechdaily
Lasă un Comentariu