De dood van een massieve ster in een ver sterrenstelsel 10 miljard jaar geleden creëerde een zeldzame superlichtgevende supernova die volgens astronomen een van de verste is die ooit is ontdekt. De briljante explosie, meer dan drie keer zo helder als de 100 miljard sterren van ons Melkwegstelsel samen, vond ongeveer 3,5 miljard jaar na de oerknal plaats in een periode die bekend staat als "kosmische hoogmiddag, " toen de snelheid van stervorming in het universum zijn hoogtepunt bereikte.

Superlichtgevende supernova's zijn 10 tot 100 keer helderder dan een typische supernova die het gevolg is van de ineenstorting van een massieve ster. Maar astronomen weten nog steeds niet precies welke soorten sterren hun extreme helderheid veroorzaken of welke fysieke processen erbij betrokken zijn.

De supernova die bekend staat als DES15E2mlf is ongebruikelijk, zelfs onder het kleine aantal superlichtgevende supernova's dat astronomen tot nu toe hebben gedetecteerd. Het werd voor het eerst ontdekt in november 2015 door de Dark Energy Survey (DES)-samenwerking met behulp van de Blanco 4-meter-telescoop van het Cerro Tololo Inter-American Observatory in Chili. Vervolgwaarnemingen om de afstand te meten en gedetailleerde spectra van de supernova te verkrijgen, werden uitgevoerd met de Gemini Multi-Object Spectrograph op de 8-meter Gemini South-telescoop.

Het onderzoek werd geleid door UC Santa Cruz-astronomen Yen-Chen Pan en Ryan Foley als onderdeel van een internationaal team van DES-medewerkers. De onderzoekers rapporteerden hun bevindingen in een paper gepubliceerd op 21 juli in de Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society .

De nieuwe waarnemingen kunnen aanwijzingen geven over de aard van sterren en sterrenstelsels tijdens de piek van stervorming. Supernova's zijn belangrijk in de evolutie van sterrenstelsels omdat hun explosies het interstellaire gas waaruit nieuwe sterren ontstaan, verrijken met elementen die zwaarder zijn dan helium (die astronomen 'metalen' noemen).

"Het is gewoon belangrijk om te weten dat er op dat moment zeer massieve sterren explodeerden, " zei Foley, een assistent-professor astronomie en astrofysica aan UC Santa Cruz. "Wat we echt willen weten, is de relatieve snelheid van superlichtgevende supernova's tot normale supernova's, maar we kunnen die vergelijking nog niet maken omdat normale supernova's te zwak zijn om op die afstand te zien. Dus we weten niet of deze atypische supernova ons iets speciaals vertelt over die tijd 10 miljard jaar geleden."

Eerdere waarnemingen van superlichtgevende supernova's ontdekten dat ze zich doorgaans in lage-massa- of dwergstelsels bevinden, die meestal minder verrijkt zijn met metalen dan meer massieve sterrenstelsels. Het gaststelsel van DES15E2mlf, echter, is een vrij grote, normaal uitziende melkweg.

"Het huidige idee is dat een metaalarme omgeving belangrijk is bij het creëren van superlichtgevende supernova's, en daarom komen ze vaak voor in sterrenstelsels met een lage massa, maar DES15E2mlf bevindt zich in een relatief massief sterrenstelsel vergeleken met het typische gaststelsel voor superlichtgevende supernova's, " zei Pan, een postdoctoraal onderzoeker aan UC Santa Cruz en eerste auteur van het artikel.

Foley legde uit dat sterren met minder zware elementen een groter deel van hun massa behouden wanneer ze sterven, die een grotere explosie kan veroorzaken wanneer de ster zijn brandstofvoorraad opraakt en instort.

"We weten dat metalliciteit het leven van een ster beïnvloedt en hoe deze sterft, dus het vinden van deze superlichtgevende supernova in een melkwegstelsel met een hogere massa gaat in tegen het huidige denken, ' zei Foley. 'Maar we kijken zo ver terug in de tijd, dit sterrenstelsel zou minder tijd hebben gehad om metalen te maken, dus het kan zijn dat in deze vroegere tijden in de geschiedenis van het universum, zelfs sterrenstelsels met een hoge massa hadden een metaalgehalte dat laag genoeg was om deze buitengewone stellaire explosies te veroorzaken. Op een gegeven moment, de Melkweg had ook deze omstandigheden en heeft mogelijk ook veel van deze explosies veroorzaakt."

"Hoewel er nog veel puzzels zijn, het vermogen om deze ongewone supernova's op zulke grote afstanden waar te nemen, levert waardevolle informatie op over de zwaarste sterren en over een belangrijke periode in de evolutie van sterrenstelsels, " zei Mat Smit, een postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Southampton. The Dark Energy Survey heeft een aantal superlichtgevende supernova's ontdekt en blijft verder weg gelegen kosmische explosies zien die onthullen hoe sterren explodeerden tijdens de sterkste periode van stervorming.