Supernova mit Ansage: Bilderserie und Vergleichsbild

Ich hatte schon zwei Mal dazu gebloggt: Zu der Supernova mit Ansage, von der sich vorhersagen ließ, dass sie sich in diesen Jubiläumsmonaten zur Allgemeinen Relativitätstheorie bzw. Anfang 2016 ereignen sollte (25.11.2015), und jüngst darüber, dass diese Supernova tatsächlich gefunden wurde. Es ist ja auch wirklich zu schön, dass ausgerechnet eine Vorhersage von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie es möglicht macht, ein notorisch unvorhersagbares Ereignis wie eine Supernova-Sternexplosion dann doch einigermaßen nach Ansage ablaufen zu lassen!

Patrick Kelly, der Hauptautor der Artikel über die Entdeckung, hat mir freundlicherweise noch einige weitere aufschlussreiche Bilder geschickt, die er mit dem Weltraumteleskop Hubble aufgenommen hat.

Aufnahme ganz ohne Supernovabilder

Hier ist erst einmal die Ausgangssituation, aufgenommen im Januar 2011. Wie Sie sehen, sehen Sie nichts – zumindest nicht in den Kreisen S1, S2, S3, S4 und SX, die später noch eine Rolle spielen werden.

SX_01_11_several_year_old_image

Bild: NASA, ESA, P. Kelly

Erstes Vierfachbild

Dann kam das Vierfachbild der Supernova, die von den Entdeckern SN Refsdal genannt wurde – zu den Hintergründen der Namenswahl hatte ich hier ja schon näheres geschrieben. Das Vierfachbild kommt durch eine Gravitationslinse zustande, also dadurch, dass eine zwischen uns und der Supernova liegende Galaxie das Licht der Supernova ablenkt:

SX_04_15_Einstein_cross_near_max

Bild: NASA, ESA, P. Kelly

In dem Kreis SX ist aber immer noch nichts rechtes zu sehen – zumindest nichts, was sich vom Hintergrundrauschen (dem Gekrissel, das überall im Bild zu sehen ist) nennenswert unterscheiden würde.

Patrick Kelly und Kollegen hatten dieses Bild untersucht und aus der Geometrie geschlossen, dass die betreffende Supernova dank des Gravitationslinseneffekts in naher Zukunft auch an anderer Stelle am Himmel sichtbar werden müsste. So genau wie hier der markierte Kreis SX konnten sie den Ort des Ereignisses aber nicht vorhersagen.

Das neue Supernovabild

Das ist noch einmal das Dezemberbild, in dem die Supernova dann erstmals nachweisbar war. (Und nachträglich, mit dem Wissen um den genauen Ort, konnten Kelly und Kollegen sogar Spuren der Supernova in eine Bild vom November 2015 ausfindig machen):

SX_12_15_new_image_and_faded_Einstein_cross

Bild: NASA, ESA, P. Kelly

Die Supernovabilder S1 bis S4 sind von der Helligkeit hier schon deutlich zurückgegangen. Eine Supernova ist eben nur vorübergehend sehr hell.

Das Bild vom Dezember 2015 war bereits Teil eines Beobachtungsantrags gewesen, mit dem Kelly und Kollegen ihre Region wieder und wieder mit dem Weltraumteleskop Hubble in den Blick nehmen konnten – um die Supernova in der Bildregion SX dann auch gleich entdecken zu können.

Jetzt, wo das Supernovabild SX nachgewiesen ist, haben Kelly und Kollegen ein „Target of Opportunity“-Programm beim Hubble ausgelöst. Astronomen müssen ihre Beobachtungszeit schließlich beantragen; diese spezielle Antragsform ist für Beobachtungen vorgesehen, die kurzfristig aktuell werden, dann aber so gute Chancen liefern und so wichtig sind, dass die Beobachtungen möglichst bald vorgenommen werden müssen.

Die Länge solcher Beobachtungsprogrammen wird in Umläufen des Weltraumteleskops angegeben. Kelly und Kollegen haben 28 Umläufe für ihre Nachbeobachtungen zur Verfügung, jeder Umlauf dauert rund 97 Minuten, macht insgesamt stolze 45 1/4 Stunden Beobachtungszeit. Das ist schon beachtlich, aber der Anlass ist ja auch entsprechend wichtig.

Auch vom Boden aus wird es vermutlich Beobachtungsversuche geben – mit einem Teleskop mit großer Auflösung wie einem der Keck-Teleskope, und mit Adaptiver Optik, welche die störenden Effekte der Erdatmosphäre korrigieren kann, könnten sinnvolle zusätzliche Daten gewonnen werden.

Bildqualität und Vergleichsbild

Wer die schönen Bilder kennt, mit denen das Hubble-Weltraumteleskop höchst erfolgreiche Öffentlichkeitsarbeit betreibt, dem mögen die Bilder oben – schwarzweiß und verrauscht – eher unspektakulär vorkommen. Aber das sind genau die Bilder, mit denen Wissenschaft gemacht wird: Helligkeitsmessungen, Vergleiche, Farbauswertungen. Die schönen Bilder sind vor allem für die Öffentlichkeitsarbeit: Augenfreundliche Farbkombinationen, bei professioneller Aufarbeitung wie beim Hubble-Weltraumteleskop oder der ESO mit der Hand von Unreinheiten befreit und so nachbearbeitet, das ein möglichst hübsches Gesamtbild entsteht.

Mit den Fast-Roh-Bildern kann man noch mehr machen. Etwa das Dezember-Bild 2015 vom April-Bild 2011 abziehen um zu sehen, was sich vom einen zum anderen geändert hat:

SX_difference_latest_minus_archival_2011

Bild: NASA, ESA, P. Kelly

Was auffällt: Beim Bilden der Differenz ist das Rauschen relativ stärker und etwas grobkörniger geworden. Dort, wo es in einem Bild zufällig etwas dunkler, im anderen zufällig etwas heller war, ist der Unterschied größer als zwischen den zufällig etwas dunkleren bzw. hellen Regionen ein und desselben Bildes. Die durch Beugung erzeugten Sternzacken des hellen Sterns unten rechts sind wegen leicht unterschiedlicher Orientierung der beiden Bilder einmal hell, einmal als dunke Schatten zu sehen. All diese Effekte kennt man übrigens von direkten Aufnahmen von Exoplaneten, bei denen typischerweise auch Bilder voneinander abgezogen werden, um Rauscheffekte auszugleichen.

Die Unterschiede, die hier hervorgehoben werden sollen: S1, S2 und S3 sind noch deutlich, S4 eher weniger zu sehen. SX hebt sich dagegen deutlich vom Untergrund ab.

Insgesamt ein schönes Beispiel für aktuelle Wissenschaft – und die Beobachtungen gehen weiter!

Markus Pössel hatte bereits während des Physikstudiums an der Universität Hamburg gemerkt: Die Herausforderung, physikalische Themen so aufzuarbeiten und darzustellen, dass sie auch für Nichtphysiker verständlich werden, war für ihn mindestens ebenso interessant wie die eigentliche Forschungsarbeit. Nach seiner Promotion am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut) in Potsdam blieb er dem Institut als "Outreach scientist" erhalten, war während des Einsteinjahres 2005 an verschiedenen Ausstellungsprojekten beteiligt und schuf das Webportal Einstein Online. Ende 2007 wechselte er für ein Jahr zum World Science Festival in New York. Seit Anfang 2009 ist er wissenschaftlicher Mitarbeiter am Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, wo er das Haus der Astronomie leitet, ein Zentrum für astronomische Öffentlichkeits- und Bildungsarbeit. Pössel bloggt, ist Autor/Koautor mehrerer Bücher, und schreibt regelmäßig für die Zeitschrift Sterne und Weltraum.

9 Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. »Das Vierfachbild kommt durch eine Gravitationslinse zustande,… «

    Aber warum gerade vierfach und nicht sechs- oder achtfach, oder gar kreisförmig verschmiert?

    Liegt das an der speziellen Verteilung der Massen?

    • Hallo und Ja,
      eigentlich muß die Anzahl der Abbildungen (Kaustik) immer ungerade sein.
      Man erkennt/sieht nur nicht immer alle (gleichzeitig), das 6. und 7. kommt auch noch.
      Grüße Senf

  2. Woher weiß man, daß die neue Supernova die selbe ist, wie die in dem 4-fach Bild ? Es könnte doch auch eine ganz andere, zufällig an dieser Stelle erschienene Supernova sein ! Wie hat man überprüft, das es die selbe Supernova ist ?

    • ..indem man die Rotverschiebung bestimmt.
      Diese dürfte bei allen „Erscheinungen“ weitgehend identisch und auch charakteristisch sein (in bezug auf die Umgebungsobjekte im Bild). Die illustration lässt vermuten, dass dies der Fall ist. Bei SN Ia kann man darüber hinaus die entfernungsabhängige Verbreiterung der Lichtkurve heranziehen: Alle SN Ia zeigen m.W. mehr oder weniger gleichen Verlauf des helligkeitsabfalls über die Zeit. Mit zunehmender Entfernung steigt die Fluchtgeschwindigkeit, dies führt zu einer zeitlichen Dehnung der aufgezeichneten Lichtkurve.

      Bin aber „nur“ Hobbyastronom, Pöösel möge mich wenn erforderlich bitte korrigieren !

  3. ..indem man die Rotverschiebung bestimmt.
    Diese dürfte bei allen „Erscheinungen“ weitgehend identisch und auch charakteristisch sein (in bezug auf die Umgebungsobjekte im Bild). Die illustration lässt vermuten, dass dies der Fall ist. Bei SN Ia kann man darüber hinaus die entfernungsabhängige Verbreiterung der Lichtkurve heranziehen: Alle SN Ia zeigen m.W. mehr oder weniger gleichen Verlauf des helligkeitsabfalls über die Zeit. Mit zunehmender Entfernung steigt die Fluchtgeschwindigkeit, dies führt zu einer zeitlichen Dehnung der aufgezeichneten Lichtkurve.

    Bin aber „nur“ Hobbyastronom, Pöösel möge mich wenn erforderlich bitte korrigieren !

  4. ..indem man die Rotverschiebung bestimmt.
    Diese dürfte bei allen „Erscheinungen“ weitgehend identisch und auch charakteristisch sein (in bezug auf die Umgebungsobjekte im Bild). Die illustration lässt vermuten, dass dies der Fall ist. Bei SN Ia kann man darüber hinaus die entfernungsabhängige Verbreiterung der Lichtkurve heranziehen: Alle SN Ia zeigen m.W. mehr oder weniger gleichen Verlauf des helligkeitsabfalls über die Zeit. Mit zunehmender Entfernung steigt die Fluchtgeschwindigkeit, dies führt zu einer zeitlichen Dehnung der aufgezeichneten Lichtkurve.

    Bin aber „nur“ Hobbyastronom, Herr Pössel möge mich wenn erforderlich bitte korrigieren !

  5. Heute gibt es dazu einen Beitrag auf http://arxiv.org/pdf/1512.05734.pdf
    Die Hubble-Übersicht zeigt gleich 3 Abbilder der Muttergalaxie 1.1-1.2-1.3
    Die 4fach-Supernova war ein Einsteinkreuz in der Abbildung 1.1
    Man beachte, das Einsteinkreuz (also 1.1) ist ca. 4″ groß, 1.2 mit der 5. SN
    ist 10″ und 1.3 ist 30″ davon entfernt. Es kommen noch Supernovae dazu.

  6. Der Sachverhalt ist für mich immer noch nicht ganz klar. Der helle Fleck in der Mitte des Einstein-Kreuzes ist die in 5 Mrd LJ stehende lichtablenkende Vordergrundgalaxie und nur die 4 eingekreisten Pünktchen stammen von der Supernova der in 9 Mrd LJ Entfernung. Wenn man das Blog vom 15.11.2015 liest, erscheint es so, als ob es zu Mehrfachabbbildungen der Vordergrundgalaxie in 5 Mrd LJ Entfernung kommt. Oder habe ich das falsch verstanden ?

    In dem Text (15.11) ist geschrieben, daß das Licht der Supernova im Kreis links oben schätzungsweise 1995 bei uns eingetroffen ist und verpaßt wurde. Das würde aber doch auch bedeuten, daß das Licht im Kreis links oben am geringsten abgelenkt wurde und die kleinsten Gravitationsfelder durchlaufen hat. Als naheliegende Schlußfolgerung würde man doch eigentlich vermuten, daß die Supernova als nächstes im mittleren Kreis aufleuchtet. Das war aber nicht der Fall, die Supernova ist als nächstes rechts unten, bei der vermeintlich größten Ablenkung aufgetaucht, und erst danach im mittleren Kreis. Kennt man die Masseverteilung zwischen uns und der Supernova in 9 Mrd LJ Entfernung so genau, daß man so etwas nachvollziehen (simulieren) kann ?

    Bei einer Entfernung der Quelle von 9 Milliarden Lichtjahren sind zwanzig Jahre Laufzeitdifferenz sehr wenig (2*10^-9). Bei dieser Entfernung müßte die Rotverschiebung (und auch die Zeitdehnung der Lichtkurve) für alle Objekte im Bereich zwischen 8,5 Mrd LJ und 9,5 Mrd LJ vergleichbar sein. Man kann also einzelne Objekte (Supernovae) in dieser Entfernung nur schlecht von einander unterscheiden. Oder gibt es noch weitere Unterscheidungsmerkmale ?

    • Nach den letzten beiden Bildern beträgt die Winkelausdehnung zwischen den Punkten S1 bis S4 geschätzt maximal 4 Bogensekunden. Dies entspricht einer Strecke von 96.000 Lichtjahren bezogen auf den Abstand der Vordergrundgalaxie, also 5 Mrd. Lj (bezogen auf heutige Verhältnisse, ist die Strecke aber etwas größer wegen der Expansion des Universums). Verlängert auf die Entfernung der SN in 9 Mrd Lj., ergäbe sich eine Strecke von < 200.000 Ly (Auch dieser Betrag ist etwas größer bezogen auf 5 Mrd. Lj Distanz und noc größer bezogen auf heutige Verhältnisse).

      Allerdings wurde selbst in einem viel größeren Raumbereich von vielleicht 10-20 Millionen Lichtjahren Ausdehnung auch über Jahrzehnte bislang wohl selten mehr als 1 Supernova beobachtet. Das betrifft zumindest diese großen Entfernungen.

      M.W. sind aber Frequenzmessungen so präzise, dass anhand der Rotverschiebung bei einer Distanz von 9 Mrd. Lj. auch Unterschiede von 10-20 Mio Lj. noch auflösbar sind. Vielleicht kann Herr Pössel hierzu etwas posten.