Supernova 10x lebih banyak di alam semesta awal

NASA'S Teleskop Luar Angkasa James Webb Buktikan keunggulannya sebagai pemburu supernova! Berkat sensitivitas ekstrimnya terhadap cahaya inframerah, Webb mendeteksi supernova jauh hampir di mana saja.

Webb sangat ideal untuk mengidentifikasi supernova yang sangat jauh karena fenomena yang disebut pergeseran merah kosmik, di mana cahaya yang melintasi alam semesta direntangkan ke panjang gelombang yang lebih panjang. Cahaya tampak dari supernova purba diregangkan sedemikian rupa sehingga berakhir di inframerah. Instrumen Webb disetel untuk melihat cahaya inframerah, menjadikannya ideal untuk menemukan supernova jauh ini.

Sebuah tim telah mengidentifikasi supernova 10 kali lebih jauh dari yang diketahui sebelumnya menggunakan data dari Survei Deep Webb di Alam Semesta Awal. Studi ini adalah langkah besar pertama menuju survei supernova purba yang lebih komprehensif menggunakan WEB.

JADES Deep Field menggunakan observasi yang dilakukan oleh James Webb Space Telescope (JWST) milik NASA sebagai bagian dari program JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey). Sebuah tim astronom yang mempelajari data JADES telah mengidentifikasi sekitar 80 objek (dilingkari hijau) yang kecerahannya berubah seiring waktu. Sebagian besar objek ini, yang disebut transien, adalah hasil ledakan bintang atau supernova. Sumber gambar: Kolaborasi NASA, ESA, CSA, STScI, JADES

Teleskop Luar Angkasa Webb membuka jendela baru dalam ilmu pengetahuan supernova

Dengan mengintip jauh ke dalam alam semesta, Teleskop Luar Angkasa James Webb milik NASA menawarkan kepada para ilmuwan gambaran sekilas pertama tentang supernova dari masa ketika alam semesta kita hanya sebagian kecil dari usianya saat ini. Sebuah tim yang menggunakan data Webb telah mengidentifikasi jumlah supernova di alam semesta awal sepuluh kali lebih besar dari yang diketahui sebelumnya. Beberapa supernova yang baru ditemukan adalah contoh yang tidak masuk akal, termasuk supernova yang digunakan untuk mengukur laju ekspansi alam semesta.

“Webb adalah mesin pendeteksi supernova,” kata Christa DeCourcy, mahasiswa pascasarjana tahun ketiga di Steward Observatory dan Universitas Arizona di Tucson. “Banyaknya penemuan yang dikombinasikan dengan jarak supernova yang jauh adalah hasil yang paling menarik dari survei kami.”

DeCoursey mempresentasikan temuan ini dalam konferensi pers pada pertemuan American Astronomical Society ke-244 di Madison, Wisconsin.

Kredit gambar: NASA, ESA, CSA, Ann Field (STScI)

“Mesin penemuan Supernova”

Untuk membuat penemuan ini, tim menganalisis data pencitraan yang diperoleh sebagai bagian dari program JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). Webb sangat ideal untuk menemukan supernova yang sangat jauh karena cahayanya membentang pada panjang gelombang yang lebih panjang, sebuah fenomena yang dikenal sebagai pergeseran merah kosmik. (Lihat foto di atas.)

Sebelum peluncuran Webb, hanya beberapa supernova yang ditemukan di atas pergeseran merah 2, yang setara dengan masa ketika alam semesta baru berusia 3,3 miliar tahun, hanya 25% dari usianya saat ini. Sampel JADES berisi beberapa supernova yang meledak jauh lebih besar di masa lalu, ketika alam semesta berusia kurang dari 2 miliar tahun.

Sebelumnya, peneliti menggunakan NASA Teleskop Luar Angkasa Hubble Untuk menyaksikan supernova ketika alam semesta berada pada tahap “dewasa muda”. Dengan menggunakan JADES, para ilmuwan melihat supernova ketika alam semesta berada pada masa “remaja” atau “pra-remaja”. Di masa depan, mereka berharap dapat melihat kembali tahap “balita” atau “bayi” di alam semesta.

Untuk menemukan supernova, tim membandingkan beberapa gambar yang diambil dengan jarak satu tahun, dan mencari sumber yang hilang atau muncul dalam gambar tersebut. Objek-objek yang kecerahannya bervariasi dari waktu ke waktu disebut transien, dan supernova adalah jenis transien. Secara keseluruhan, tim Sampel Survei Sementara JADES mendeteksi sekitar 80 supernova di sebidang langit yang tidak lebih tebal dari sebutir beras yang ditempatkan sejauh lengan.

Mosaik ini menampilkan tiga dari sekitar 80 objek sementara, atau objek dengan kecerahan bervariasi, yang diidentifikasi dalam data JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey). Sebagian besar transien disebabkan oleh ledakan bintang atau supernova. Dengan membandingkan gambar yang diambil pada tahun 2022 dan 2023, para astronom dapat menentukan lokasi supernova yang baru saja meledak, dari sudut pandang kita (seperti contoh yang ditunjukkan pada dua kolom pertama), atau supernova yang telah meledak dan cahayanya memudar. (kolom ketiga).
Usia setiap supernova dapat ditentukan oleh pergeseran merahnya (dilambangkan dengan huruf “z”). Cahaya supernova terjauh, dengan pergeseran merah sebesar 3,8, muncul ketika alam semesta baru berusia 1,7 miliar tahun. Pergeseran merah sebesar 2,845 setara dengan waktu 2,3 ​​miliar tahun setelah Big Bang. Contoh terdekat, pada pergeseran merah sebesar 0,655, menunjukkan cahaya yang meninggalkan galaksinya sekitar 6 miliar tahun yang lalu, ketika usia alam semesta hanya separuh dari usianya saat ini.
Sumber gambar: NASA, ESA, CSA, STScI, Christa DeCourcy (Universitas Arizona), Kolaborasi JADES

“Ini sebenarnya adalah sampel pertama yang kami miliki tentang alam semesta dengan pergeseran merah tinggi dalam ilmu pengetahuan sementara,” kata Justin Perl, rekan NASA Einstein di Space Telescope Science Institute (STScI) di Baltimore, Maryland. “Kami mencoba menentukan apakah supernova jauh secara fundamental berbeda atau sangat mirip dengan apa yang kita lihat di alam semesta terdekat.”

Beierle dan peneliti lain di STScI memberikan analisis khusus untuk menentukan transien mana yang benar-benar supernova dan mana yang bukan, karena sering kali terlihat sangat mirip.

Tim mengidentifikasi sejumlah supernova dengan pergeseran merah tinggi, termasuk supernova terjauh yang pernah dikonfirmasi secara spektroskopi, pada pergeseran merah 3,6. Bintang induknya meledak ketika alam semesta baru berusia 1,8 miliar tahun. Inilah yang disebut supernova keruntuhan inti, yang merupakan ledakan bintang masif.

Animasi ini menunjukkan ledakan Katai putihIni adalah sisa bintang yang sangat padat yang tidak dapat lagi membakar bahan bakar nuklir di intinya. Dalam supernova Tipe Ia ini, gravitasi katai putih mencuri material dari bintang terdekat. Ketika katai putih diperkirakan mencapai 1,4 kali massa Matahari saat ini, ia tidak dapat lagi menopang beratnya sendiri, dan meledak. Kredit: NASA/Laboratorium Propulsi Jet-Institut Teknologi California

Deteksi supernova tipe Ia jauh

Supernova Tipe Ia menjadi perhatian khusus para astrofisikawan. (Lihat video di atas). Bintang-bintang yang meledak ini sangat terang sehingga digunakan untuk mengukur jarak kosmik jauh dan membantu para ilmuwan menghitung laju perluasan alam semesta. Tim telah mengidentifikasi setidaknya satu supernova Tipe Ia dengan pergeseran merah 2,9. Cahaya dari ledakan ini mulai merambat ke kita 11,5 miliar tahun yang lalu, ketika alam semesta baru berusia 2,3 miliar tahun. Rekor jarak supernova tipe Ia sebelumnya yang dikonfirmasi secara spektroskopi adalah pergeseran merah sebesar 1,95, saat alam semesta berusia 3,4 miliar tahun.

Para ilmuwan sangat ingin menganalisis supernova Tipe Ia pada pergeseran merah tinggi untuk melihat apakah semuanya memiliki kecerahan intrinsik yang sama, berapa pun jaraknya. Hal ini penting karena jika kecerahannya berubah seiring dengan pergeseran merah, maka kecerahannya tidak akan menjadi penanda yang dapat diandalkan untuk mengukur laju perluasan alam semesta.

Peerle menganalisis supernova Tipe Ia yang ditemukan pada pergeseran merah 2,9 untuk menentukan apakah kecerahan intrinsiknya berbeda dari yang diharapkan. Meskipun ini adalah objek pertama dari jenisnya, hasilnya tidak menunjukkan bukti apa pun bahwa kecerahan Tipe Ia berubah seiring dengan pergeseran merah. Dibutuhkan lebih banyak data, namun untuk saat ini, teori yang didasarkan pada supernova Tipe Ia tentang laju ekspansi alam semesta dan nasib akhir alam semesta masih masuk akal. Perel juga mempresentasikan temuannya pada pertemuan American Astronomical Society ke-244.

Melihat ke arah masa depan

Alam semesta awal adalah tempat yang sangat berbeda dengan lingkungan yang keras. Para ilmuwan memperkirakan akan melihat supernova purba yang berasal dari bintang-bintang yang mengandung unsur kimia berat jauh lebih sedikit dibandingkan bintang-bintang seperti Matahari kita. Membandingkan supernova ini dengan supernova yang ada di alam semesta lokal akan membantu ahli astrofisika memahami mekanisme pembentukan bintang dan ledakan supernova pada masa-masa awal ini.

“Kami membuka jendela baru tentang alam semesta yang berlalu,” kata Matthew Seibert, rekan STScI, yang memimpin spektroskopi supernova JADES. “Secara historis, setiap kali kami melakukan hal tersebut, kami menemukan hal-hal yang sangat menarik – hal-hal yang tidak kami duga.”

“Karena Webb sangat sensitif, dia menemukan supernova dan objek lain yang lewat hampir di mana pun dia menunjuk,” kata anggota tim JADES Eiichi Egami, seorang profesor peneliti di Universitas Arizona di Tucson. “Ini adalah langkah pertama yang penting menuju survei supernova yang lebih komprehensif menggunakan WEB.”

Teleskop Luar Angkasa James Webb adalah observatorium sains luar angkasa terkemuka di dunia. Webb memecahkan misteri tata surya kita, melihat melampaui dunia jauh di sekitar bintang lain, dan mengeksplorasi struktur misterius dan asal usul alam semesta serta tempat kita di dalamnya. WEB merupakan program internasional yang dipimpin oleh NASA bersama mitranya Badan Antariksa Eropa (ESA).Badan Antariksa Eropa) dan CSA (Badan Antariksa Kanada).