Första superljusstarka supernovan upptäckt tack vare gravitationslins

Kosmiskt förstoringsglas avslöjar explosion på rekordavstånd

Supernovan SN 2025wny ligger på ett extremt avstånd från jorden. Ljuset från supernovan har rest cirka 10 miljarder år för att nå hit, så när ljuset sändes ut var universum bara cirka 4 miljarder år gammalt. En supernova på detta avstånd skulle normalt vara alldeles för ljussvag för att kunna upptäckas från jorden. Tack vare två galaxer i förgrunden, som fungerar som gravitationslinser, förstärks ljuset från supernovan ungefär 50 gånger, vilket gör den synlig för markbaserade teleskop.

– Det här är naturens eget teleskop. Förstärkningen gör att vi kan studera en supernova på ett avstånd där detaljerade observationer annars skulle vara omöjliga, säger Joel Johansson, huvudförfattare och forskare vid Oskar Klein-centret, Stockholms universitet.

Ny metod att undersöka universums expansion

Gravitationslinsen förstärker inte bara supernovans ljus – den producerar också flera distinkta bilder av samma explosion. Varje linsbild av supernovan tar något olika väg runt de två galaxerna som böjer av ljuset och når därför jorden vid olika tidpunkter. Dessa tidsskillnader är grunden för en mycket lovande metod att mäta Hubble-konstanten, som beskriver hur snabbt universum expanderar.

En het fråga inom modern kosmologi är kontroversen kring Hubble-konstanten, som avser den växande skillnaden mellan två precisa och oberoende mätningar av hur snabbt universum expanderar; den ena baserad på observationer av det tidiga kosmos och den andra på närliggande objekt. Detta kan tyda på att vår nuvarande kosmologiska modell är ofullständig, eller att en av de metoder som används för närvarande är felaktig.

Ariel Goobar, som leder forskargruppen där Joel Johansson ingår, anser att denna nya metod är ett tekniskt genombrott:
– En supernova med flera välupplösta linsade bilder är ett av de bästa sätten att mäta universums expansionshastighet. SN 2025wny är ett viktigt steg mot att lösa en av kosmologins största utmaningar, säger han.

Överraskande och exceptionellt het explosion

Superluminösa supernovor är en relativt nyupptäckt klass av kosmiska explosioner, som är extremt energirika och sällsynta i naturen. Eftersom universum expanderar ”rödförskjuts” det ultravioletta ljus som SN 2025wny avger till synliga våglängder, och kan detekteras med teleskop på marken. Forskarnas observationer visar att SN 2025wny är ovanligt het och ljusstark, även för en superluminös supernova i sitt tidiga skede.

Supernovan lyser även upp sin värdgalax, vilket gör det möjligt för forskarna att studera dess sammansättning utifrån smala absorptionslinjer i spektrumet. Den verkar vara en stjärnbildande dvärggalax med låg densitet och metallhalt, vilket stämmer överens med den typ av miljöer som tros producera superluminösa supernovor. Att se ett sådant system i denna tidiga kosmiska epok ger en sällsynt inblick i hur stjärnor och galaxer utvecklades i det unga universum.

Hur upptäckten gjordes

Upptäckten är möjlig tack vare en rad avancerade observatorier som arbetar tillsammans:
Zwicky Transient Facility (ZTF) – ett vidvinkel-teleskop vid Palomar-observatoriet i Kalifornien – upptäckte först explosionen under sin nattliga genomsökning av himlen.

När Joel Johansson gick igenom den dagliga listan över nya transienter, alltså kortlivade ljusfenomen, som ZTF hade hittat, märkte han att en av dem var särskilt lovande. Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) hade redan fastställt avståndet till SN 2025wny:s närmaste galax, och arkivbilder indikerade att de omgivande galaxerna kunde vara linsade bakgrundsgalaxer. Detta signalerade omedelbart att den nya supernovan måste vara antingen exceptionellt ljusstark och/eller starkt gravitationellt linsad.

Tidiga spektroskopiska mätningar med det Nordiska Optiska Teleskopet (NOT) på La Palma på Kanarieöarna visade att den nya transienten verkligen var en supernova, men spektrumet var svårt att matcha med vanligare supernovatyper som gruppen hittat.

På samma berg finns Liverpool-teleskopet (LT) – något större än ZTF och med skarpare kamera – som levererade det avgörande genombrottet: teamet kunde upplösa fyra separata bilder av SN 2025wny.

Jacob Wise, doktorand vid Liverpool John Moores University (LJMU), var den första som upptäckte att SN 2025wny bestod av flera bilder:
– Jag trodde inte mina ögon när jag såg data, jag trodde att det måste ha varit en artefakt från kameran. Men när jag tittade noggrant på våra data från tidigare nätter kunde jag fortfarande tydligt se de multipla linsbilderna av supernovan. Insikten om vad vi just hade upptäckt var den absolut mest spännande stunden i min karriär hittills, säger han.

Hans handledare, Dan Perley (LJMU), bekräftade upptäckten och säger:
– Så fort Jacob skickade mig bilderna visste jag att vi hade hittat något stort – ingen hade någonsin sett flera bilder av en supernova med ett markbaserat teleskop tidigare, och där var de framför oss, klart som dagen.

Slutligen tillhandahöll Keck-observatoriet på Hawaii avgörande spektra som bekräftade både supernovatypen och dess extrema avstånd. Yu-Jing Qin, postdoktor vid Caltech, ledde en serie spektroskopiska observationer riktade mot var och en av de enskilda supernovabilderna och linsgalaxerna.

Spektra avslöjade en skog av smala absorptionslinjer från supernovans värdgalax – fingeravtryck från grundämnen som kol, järn och kisel – som slutligen fastställde rödförskjutningen av supernovan.

Vad händer nu?

SN 2025wny visar att starkt linsade supernovor med mycket hög rödförskjutning kan hittas och upplösas med befintliga markbaserade teleskop.

Kosmologerna är ivriga att mäta universums expansionshastighet, och SN 2025wny visar att metoden med linsade supernovor fungerar och kan användas för framtida upptäckter från Vera Rubin Observatoriets ”Legacy Survey of Space and Time” (LSST). Hundratals linsade supernovor bör vara inom räckhåll för LSST, med hjälp av den teknik som upptäcktsteamet bakom SN2025wny har utvecklat.

Uppföljande observationer med Hubble och James Webb-rymdteleskopen pågår redan. Dessa data kommer att förfina linsmodellen, kartlägga positionerna för de multipla bilderna med hög precision och slutligen mäta de tidsfördröjningar som behövs för en ny, oberoende bestämning av Hubble-konstanten.

Magnifikationen ger också astronomerna en möjlighet att studera explosionsmekanismen hos en avlägsen superluminös supernova, och dess omgivande miljö i oöverträffad detalj.

Teamet

Arbetet leddes av forskare vid:

• Oskar Klein-centret, Stockholms universitet: Joel Johansson, Ariel Goobar, Cameron Lemon, Edvard Mörtsell och Jacob Osman Hjortlund vid fysikavdelningen. Claes Fransson, Anjasha Gangopadhyay, Ragnhild Lunnan, Avinash Singh, Jesper Sollerman och Konstantinos Tsalapatas vid astronomiavdelningen.
• Liverpool John Moores University: Dan Perley, Jacob Wise och Zoë McGrath
• med bidrag från det globala ZTF-samarbetet
  

Mer om hur supernovor identifieras:
Förklaring av supernova Zwicky hjälp av vattenfärg (engelska)

Artikeln

Artikeln ”Discovery of SN 2025wny: A Strongly Gravitationally Lensed Superluminous Supernova at z = 2.01” är publicerad i The Astrophysical Journal Letters. DOI: 10.3847/2041-8213/ae1d61