A csillagászok azért képesek ilyen előrejelzést tenni, mert az eseményt már látták megtörténni: a James Webb-űrtávcső észlelte egy szupernóva, az Ares fényét, amely a Világegyetem távoli szegletében robbant fel. A csillagászok szerint két képet fogunk még rögzíteni róla.
A titok nyitja az, hogy az Ares szupernóva egy galaxishalmaz mögött robbant fel. A galaxishalmaz óriási kozmikus lencseként viselkedik: a szupernóva fényét több képre osztja. Egyes fotonok már elérték a Webb érzékelőit, míg mások a sokkal festőibb, évtizedekkel hosszabb útvonalat választották az előtérben lévő halmaz körül. Más lencsézett szupernóvákhoz hasonlóan az Ares áttörést hozhat a kozmológia egyik rejtélyét illetően, mivel lehetőséget ad a Világegyetem jelenlegi tágulási ütemének mérésére.
“Ez egy hatalmas robbanás volt, ami akkor következett be, amikor a Világegyetem még csak harmadannyi idős volt, mint most.” – mondta Conor Larison (STSI), az Amerikai Csillagászati Társaság 247. találkozójának sajtótájékoztatóján.
Larison bemutatta a James Webb-űrtávcső VENUS programja keretében készült képeket. A VENUS program 60 galaxishalmazról fog felvételeket készíteni gravitációs lencseként használva fel őket, így általuk felnagyítva láthatjuk a távoli Világegyetem égitestjeit. A projekt a Hubble-űrtávcső Frontier Fields programjának folytatása. Az úttörő program keretében hat galaxishalmazt vizsgáltak meg hasonló részletességgel. A VENUS program amellett, hogy további halmazokról készít felvételeket, a Webb infravörös képességeinek köszönhetően a korai Univerzumba is betekintést nyújt.
A VENUS program 60 galaxishalmaza nagyítva tárja elénk a távoli Világegyetemet – éppen úgy, ahogy egy borospohár alján át látnánk egy szobát. Persze érdemes előbb meginni a bort… Az üvegtalp lencseként viselkedik, és a beérkező fényt eltorzítva többszörös képet is létrehozhat egy tárgyról.
Amikor a halmaz gravitációja több különálló képre osztja egy háttér-szupernóva fényét, a képeket létrehozó fotonok különböző utakat járnak be a táguló Univerzumban, mielőtt elérnék a Földet. Vannak, amik korábban érnek ide, míg mások késve. Az az idő, amely alatt a különböző fotonok eljutnak a Földre, fényt deríthet a kozmikus tágulás természetére.
Az Ares képét a MACS J0308 jelű halmaz nagyítja fel, és a várt három kép közül eddig csak egy ért ide. Bármilyen következtetést is tudunk majd levonni a több különálló képből, arra még évtizedeket kell várnunk.
“Nem feltétlenül tudjuk, mi lesz az aktuális kozmológiai rejtély 60 év múlva.” - mondta Larison. “Az azonban biztos, hogy ez lesz a legpontosabb idődilatációs mérés, amit el tudunk végezni.”
A csillagászok azóta tudják, hogy a mélyég-felvételeken lencsézett szupernóvákra is bukkanhatunk, mióta Sjur Refsdal (Hamburg Observatory) ezt először 1964-ben felvetette. Az első tényleges esetet azonban csupán egy évtizede fedezték fel, és azt találóan Refsdal-szupernóvának nevezték el. Alig néhány hónappal a felfedezése után megérkezett az előre jelzett ötödik kép is róla. Az évek során újabb felfedezések születtek, köztük az iPTF 16geu, a Requiem, a Hope, és legutóbb egy lencsézett szuperfényes szupernóva, a 2025wny.
Az Ares azonban mindegyiken túltesz. Az idődilatáción alapuló távolságmérése Larison szerint százszor pontosabb lesz, mint a lencsézett szupernóvákra vonatkozó jelenlegi becsléseink.
Nem az Ares az egyetlen csillagrobbanás, amit a VENUS program galaxishalmazaiban találtak. Az Athena szupernóvát a MACS J0417 jelű halmaz mögött fedezték fel. Szerencsére nem kell 60 évet várnunk, míg az összes foton megérkezik róla. A kutatók szerint a következő kép már egy vagy két év múlva várható, és a Webb készen áll a feladatra.
Bár a csillagászok egyetlen lencsézett szupernóva segítségével is ki tudják számítani a Világegyetem jelenlegi tágulásának mértékét, vagyis a Hubble-állandót, a válasz nem lesz elég pontos ahhoz, hogy hasznos legyen a számunkra. Márpedig hasznosnak kéne lennie, mivel a csillagászok már évtizedek óta igyekeznek megállapítani, hogy milyen gyorsan tágul az Univerzum, de az eredmények változatosak. A jelenlegi becslések akár több százalékkal is eltérhetnek egymástól, a mérés technikájától függően.
Egyetlen szupernóva-robbanás esetében azonban nehéz pontosan megmérni a fotonok érkezési idejét két különböző képen, kivéve, ha a robbanást éppen abban a pillanatban kapjuk el, amint fényesedni kezd. Még nehezebb a lencséző galaxishalmaz optikai hatásait kiszámítani, amelyek összetettebbek, mint egy távcső optikája esetén (vagy akár a borospohárnál). Ahhoz, hogy ezeket a hatásokat felmérjék, a csillagászoknak pontosan tudniuk kell, hogyan oszlik el a halmaz tömege.
Segíthet, ha még több lencsézett szupernóvát találnak, főként ha ezek alaposan megfigyelt halmazok mögött bukkannak fel. Az Ares és az Athena mellett a kutatók négy másik lencsézett szupernóvát fedeztek fel, és a megfigyelési program folytatásával még többre számítanak.
“Végül, amikor elegendő ilyen (lencsézett) szupernóvánk lesz, mondjuk talán húsz, akkor olyan pontosságot fogunk elérni, amely felveszi a versenyt a jelenlegi legjobb kozmológiai távolságjelzőkkel.” - mondja Larison. Ha a további minták mégsem lennének megfelelőek, akkor még mindig megvárhatjuk az Ares újabb képeit, amelyek 2086-ban érnek el hozzánk.
Szerző: Ujhelyi Borbála, Kutatási asszisztens
CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet