La morte di una stella massiccia in una lontana galassia 10 miliardi di anni fa ha creato una rara supernova superluminosa che gli astronomi dicono sia una delle più lontane mai scoperte. La brillante esplosione, più di tre volte più luminoso dei 100 miliardi di stelle della nostra galassia della Via Lattea messi insieme, si è verificato circa 3,5 miliardi di anni dopo il big bang in un periodo noto come "mezzogiorno cosmico, " quando il tasso di formazione stellare nell'universo ha raggiunto il suo picco.

Le supernove superluminose sono da 10 a 100 volte più luminose di una tipica supernova risultante dal collasso di una stella massiccia. Ma gli astronomi ancora non sanno esattamente quali tipi di stelle diano origine alla loro estrema luminosità o quali processi fisici siano coinvolti.

La supernova nota come DES15E2mlf è insolita anche tra il piccolo numero di supernovae superluminose che gli astronomi hanno rilevato finora. È stato inizialmente rilevato nel novembre 2015 dalla collaborazione Dark Energy Survey (DES) utilizzando il telescopio Blanco di 4 metri presso l'Osservatorio interamericano di Cerro Tololo in Cile. Osservazioni di follow-up per misurare la distanza e ottenere spettri dettagliati della supernova sono state condotte con il Gemini Multi-Object Spectrograph sul telescopio Gemini South da 8 metri.

L'indagine è stata condotta dagli astronomi dell'UC Santa Cruz Yen-Chen Pan e Ryan Foley come parte di un team internazionale di collaboratori del DES. I ricercatori hanno riportato i loro risultati in un articolo pubblicato il 21 luglio nel Avvisi mensili della Royal Astronomical Society .

Le nuove osservazioni potrebbero fornire indizi sulla natura delle stelle e delle galassie durante la formazione stellare di picco. Le supernovae sono importanti nell'evoluzione delle galassie perché le loro esplosioni arricchiscono il gas interstellare da cui si formano nuove stelle con elementi più pesanti dell'elio (che gli astronomi chiamano "metalli").

"È importante semplicemente sapere che stelle molto massicce stavano esplodendo in quel momento, "disse Foley, un assistente professore di astronomia e astrofisica presso l'UC Santa Cruz. "Ciò che vogliamo veramente sapere è il tasso relativo delle supernove superluminose rispetto alle supernove normali, ma non possiamo ancora fare questo confronto perché le normali supernove sono troppo deboli per essere viste a quella distanza. Quindi non sappiamo se questa supernova atipica ci stia dicendo qualcosa di speciale su quel periodo 10 miliardi di anni fa".

Precedenti osservazioni di supernove superluminose hanno scoperto che risiedono tipicamente in galassie di piccola massa o nane, che tendono ad essere meno ricchi di metalli rispetto alle galassie più massicce. La galassia ospite di DES15E2mlf, però, è abbastanza massiccio, galassia dall'aspetto normale.

"L'idea attuale è che un ambiente a basso contenuto di metalli sia importante nella creazione di supernove superluminose, ed è per questo che tendono a verificarsi in galassie di piccola massa, ma DES15E2mlf si trova in una galassia relativamente massiccia rispetto alla tipica galassia ospite per le supernove superluminose, " disse Pan, un ricercatore post-dottorato presso l'UC Santa Cruz e primo autore dell'articolo.

Foley ha spiegato che le stelle con meno elementi pesanti conservano una frazione maggiore della loro massa quando muoiono, che può causare un'esplosione più grande quando la stella esaurisce la sua riserva di carburante e collassa.

"Sappiamo che la metallicità influisce sulla vita di una stella e su come muore, quindi trovare questa supernova superluminosa in una galassia di massa più elevata va contro il pensiero corrente, " Disse Foley. "Ma stiamo guardando così indietro nel tempo, questa galassia avrebbe avuto meno tempo per creare metalli, quindi può essere che in questi primi tempi nella storia dell'universo, anche le galassie di grande massa avevano un contenuto di metallo abbastanza basso da creare queste straordinarie esplosioni stellari. Ad un certo punto, anche la Via Lattea aveva queste condizioni e potrebbe aver prodotto anche molte di queste esplosioni".

"Anche se rimangono molti enigmi, la capacità di osservare queste insolite supernove a così grandi distanze fornisce preziose informazioni sulle stelle più massicce e su un periodo importante nell'evoluzione delle galassie, " ha detto Mat Smith, un ricercatore post-dottorato presso l'Università di Southampton. Il Dark Energy Survey ha scoperto una serie di supernovae superluminose e continua a vedere esplosioni cosmiche più lontane che rivelano come le stelle sono esplose durante il periodo più forte di formazione stellare.