Sterrenkundigen hebben de ontploffing van een ster op drie verschillende locaties aan de hemel waargenomen. Bovendien voorspellen ze dat diezelfde supernova-explosie rond 2037 nogmaals te zien zal zijn. Lukt het om die waar te nemen, dan kan dit unieke inzichten opleveren over donkere materie, donkere energie en de uitdijing van het heelal.
De supernova-explosie vond naar schatting zo’n tien miljard jaar geleden plaats in een zeer ver sterrenstelsel. De ligging van dit stelsel – vanuit ons standpunt recht achter een gigantische, massieve cluster van sterrenstelsels – zorgt voor de opmerkelijke vierdubbele waarneming. Het cluster werkt namelijk als een enorme ‘lens’, die het licht van de supernova sterk afbuigt.
Dit effect wordt verklaard door Einsteins algemene relativiteitstheorie. Deze beschrijft hoe massa de ruimtetijd kromt. Een lichtstraal die door deze gekromde ruimte vliegt, vervolgt zijn reis daardoor niet in een rechte lijn, maar buigt af. Zeer zware objecten – zoals clusters van sterrenstelsels – kunnen daardoor optreden als zogeheten zwaartekrachtslenzen. Ze buigen het licht van een achterliggend object dusdanig af, dat het voor ons zichtbaar wordt op de voorgrond.
Omweg
Wanneer de massa gelijkmatig verdeeld is in deze zwaartekrachtslens, kan dat een Einsteinring opleveren: alle lichtstralen buigen op een vergelijkbare manier af, waardoor er een ring van licht rond de lens ontstaat. Voor het cluster van sterrenstelsels in kwestie is dat echter niet het geval. Op sommige plekken zitten veel zware stelsels dicht bij elkaar, terwijl er op andere plekken minder materie te vinden is. Deze scheve massaverdeling zorgt ervoor dat het afgebogen licht verschillende wegen door het cluster aflegt.
Aangezien sommige van deze paden langer zijn dan anderen, duurt het ook langer voor licht om deze af te leggen. Waar drie afgebogen beelden van de supernova inmiddels op aarde zijn aangekomen, is de vierde nog onderweg. Zijn pad loopt namelijk door het midden van het cluster, waar de hoogste concentratie donkere materie te vinden is.
Onderzoeksleider Steven Rodney van de Universiteit van South Carolina vergelijkt het met treinen die tegelijk vertrekken, maar allemaal een andere route nemen om op het eindstation te arriveren. ‘De laatste trein die arriveert, moest in dit geval door een diepe vallei reizen en er daarna weer uitklimmen’, zegt hij in een persbericht. Die ‘omweg’ levert naar schatting een vertraging op van ruwweg 21 jaar ten opzichte van de andere routes.
Nauwkeuriger
De drie ‘gearriveerde’ beelden van de supernova zag het team in een waarneming van de Hubble ruimtetelescoop uit 2016 (zie onderstaande afbeelding). In nieuwe data uit 2019 waren de drie lichtbronnen weer uitgedoofd. Aan de hand van de massaverdeling in het cluster voorspelden de astronomen waar de supernova rond 2037 voor de vierde keer te zien moet zijn.
Hoewel deze supernova dan niet met het blote oog te zien is, zullen astronomen dit stukje hemel belangstellend met hun telescopen in de gaten houden. Waarnemingen van de ontploffing kunnen namelijk de precieze tijdsverschillen aangeven tussen de vier lichtpaden. Hiermee is het mogelijk om de massaverdeling binnen het cluster veel nauwkeuriger te bepalen. Dit kan weer nieuwe inzichten opleveren over de eigenschappen van de aanwezige donkere materie.
Donkere energie
En daar blijft het niet bij. ‘Dit geeft ons ook een compleet onafhankelijke manier om te bepalen hoe snel het universum uitdijt’, zegt Rodney. Dat zal astronomen waarschijnlijk bekoren, want er bestaat momenteel behoorlijk wat verwarring over die uitdijingssnelheid van het heelal, de zogeheten hubbleconstante. De twee belangrijkste methoden om deze te bepalen, geven namelijk verschillende waarden.
De astronomen hopen dat toekomstige telescopen als het Vera C. Rubin Observatory meer van dit soort ‘gelensde’ supernova’s gaan waarnemen. ‘Met een grotere hoeveelheid van dit soort metingen kunnen we de hubbleconstante met meer precisie bepalen’, zegt Rodney. Daarnaast kunnen deze waarnemingen mogelijk ook meer vertellen over de eigenschappen van donkere energie, de mysterieuze energievorm die de uitdijing van het heelal lijkt te veroorzaken.
