Waarom superheldere supernova's vroeger in het heelal veel vaker voorkwamen dan gedacht

Soms sterft een ster niet stilletjes, maar met een explosie die honderden keren feller is dan een gewone supernova. Deze zogeheten superluminous supernovae, oftewel superheldere supernova's, zijn zo fel dat je ze kunt zien tot in de verste uithoeken van het heelal. Een nieuw onderzoek laat zien dat er in het vroege heelal veel meer van deze explosies plaatsvonden dan wetenschappers tot nu toe aannamen.

Superheldere supernova's ontstaan wanneer een zware ster instort en explodeert. Dat gebeurt bij gewone supernova's ook, maar superheldere exemplaren hebben een bijzondere voorkeur: ze komen bijna alleen voor in sterren met weinig metalen. Met "metalen" bedoelen sterrenkundigen hier alle elementen die zwaarder zijn dan waterstof en helium, dus niet alleen ijzer of goud. Sterren met weinig van die zware elementen noemen we metaalarm.

Dat is belangrijk, want het jonge heelal was over het algemeen veel metaalarmer dan het heelal van nu. Sterren en sterrenstelsels bouwen metalen namelijk langzaam op, generatie na generatie. Hoe verder je terugkijkt in de tijd, hoe metaalarmer de gemiddelde ster dus was.

Tot nu toe gingen veel modellen ervan uit dat het aantal superheldere supernova's gewoon meeloopt met hoeveel sterren er in totaal geboren worden door de kosmische geschiedenis heen. Een onderzoeksteam ontwikkelde nu een nieuw rekenmodel dat niet alleen kijkt naar het aantal nieuwe sterren, maar ook naar hoe metaalarm die sterren zijn op elk moment in de kosmische geschiedenis. Het model combineert gegevens over metaalgehalte, de verdeling van sterrenmassa's in stelsels, en hoe effectief metaalarme sterren superheldere supernova's produceren.

Het team gebruikte daarbij twee verschillende manieren om "metaalarm" te meten: de verhouding tussen zuurstof en waterstof, en de verhouding tussen ijzer en waterstof. Dat onderscheid bleek belangrijk, omdat beide maten niet altijd hetzelfde verhaal vertellen over een sterrenstelsel.

De uitkomst is opvallend. Bij een roodverschuiving groter dan 2, wat neerkomt op een periode toen het heelal zo'n 3 miljard jaar oud was, voorspelt het nieuwe model bijna tien keer meer superheldere supernova's dan modellen die alleen uitgaan van het totale aantal geboren sterren. Roodverschuiving is de term die sterrenkundigen gebruiken om aan te geven hoever we terugkijken in de tijd: hoe hoger de roodverschuiving, hoe verder het licht heeft gereisd en hoe ouder het signaal dus is.

Dit heeft directe gevolgen voor toekomstige waarnemingen. Het Vera C. Rubin Observatory, een nieuwe telescoop die de hele nachtelijke hemel steeds opnieuw fotografeert om veranderingen op te sporen, zou met dit nieuwe model veel meer van deze verre, oeroude explosies moeten kunnen vinden dan voorheen werd verwacht.

Bron: Not So Heavy Metal I: Low Metallicity Enhances the Rate of high-redshift Superluminous Supernovae