JWST neemt vroegste supernova in het heelal waar

Een heldere flits uit de kosmische dageraad

Op 14 maart 2025 registreerde een satelliet genaamd SVOM een korte, zeer heldere flits van gammastralen — een lange gammaflits die later zou worden gecatalogiseerd als GRB 250314A. Binnen enkele uren richtten telescopen op de grond en in de ruimte zich op de locatie. Vervolgwaarnemingen identificeerden een infrarode nagloed en, cruciaal, een zeer hoge roodverschuiving: ongeveer 7,3. Die combinatie plaatste de explosie diep in het tijdperk dat astronomen de kosmische dageraad noemen, toen het universum pas ongeveer 730 miljoen jaar oud was. Een gecoördineerde campagne van waarnemingen, waaronder beeldvorming met de James Webb Space Telescope, heeft de uitbarsting nu geïdentificeerd als de elektromagnetische signatuur van een supernova — de vroegste dergelijke explosie die tot nu toe is waargenomen.

Hoe de ontdekking verliep

Gammaflitsen (GRB's) worden onderverdeeld in twee brede families: korte gebeurtenissen van minder dan twee seconden, die meestal worden gekoppeld aan samensmeltingen van compacte objecten, and lange gebeurtenissen die langer dan twee seconden duren en geassocieerd worden met de dood van zeer massieve sterren. De detectie door SVOM op 14 maart vertoonde de temporele en spectrale kenmerken van een lange flits. Binnen enkele dagen stelden waarnemers met de Nordic Optical Telescope een infrarode nagloed vast en mat de Very Large Telescope van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht een roodverschuiving van bijna 7,3, wat de bron op een terugkijktijd van ongeveer 13,07 miljard jaar plaatst.

Verrassende herkenbaarheid in het eerste miljard jaar van het universum

Een van de meest opvallende resultaten is hoe gewoon de supernova lijkt. In het vroege universum wordt verwacht dat sterpopulaties arm waren aan zware elementen (astronomen noemen deze 'metalen') en zich anders gedroegen dan sterren die vandaag de dag worden gevormd. Toch vertoont de explosie geassocieerd met GRB 250314A fotometrische en spectroscopische kenmerken die lijken op moderne core-collapse supernova's die gekoppeld zijn aan lange GRB's: een heldere, brede piek in de infrarode lichtcurve en spectrale vormen die consistent zijn met de door schokgolven aangedreven uitstoting van de buitenste lagen van een massieve ster.

"We begonnen er onbevooroordeeld aan," zei een van de teamleden die betrokken was bij de JWST-waarnemingen. "En zowaar, Webb liet zien dat deze supernova er precies zo uitziet als moderne supernova's." Die schijnbare normaliteit is waardevol omdat het betekent dat modellen die gekalibreerd zijn op nabijere, beter bestudeerde explosies een startpunt kunnen zijn voor het interpreteren van gebeurtenissen met een zeer hoge roodverschuiving. Tegelijkertijk roept het vragen op over hoe snel vroege generaties sterren zware elementen produceerden en of de eerste massieve sterren explosies konden veroorzaken met eigenschappen die vergelijkbaar zijn met latere populaties.

Wat astronomen kunnen leren van één enkele verre explosie

Zelfs een solitaire gebeurtenis bij z ~ 7,3 is wetenschappelijk zeer rijk. Ten eerste vormt een lange GRB een directe link tussen de dood van massieve sterren en kosmische stervorming in een tijdperk waarin sterrenstelsels klein en zwak waren. De nagloed van de GRB fungeert als een zaklamp die het moederstelsel kortstondig van achteren verlicht, waardoor metingen van het gasgehalte, de metalliciteit en het stof mogelijk worden — parameters die anders op deze afstand bijna onmogelijk te verkrijgen zijn.

Ten tweede betekent het feit dat JWST de supernova kon detecteren en karakteriseren dat toekomstige GRB-nagloeden op vergelijkbare of zelfs grotere afstanden kunnen worden gebruikt als sondes voor de vroegste stervormende systemen. Dat helpt te bepalen hoe vroeg het universum chemisch verrijkt werd door opeenvolgende generaties supernova's — een proces dat latere sterren en planeten voorziet van de elementen die nodig zijn voor complexe chemie.

Ten derde biedt de schijnbare gelijkenis met moderne explosies gegevenspunten voor modellen van de evolutie van massieve sterren in omgevingen met een lage metalliciteit. Als vroege massieve sterren ineenstortingen en jets produceren die er bekend uitzien, moeten theoretici dat rijmen met de verwachtingen van stellaire structuur en massaverlies bij lage metalliciteit, waar sterrenwinden zwakker zijn en de schillen verschillen.

Observationele realiteit en kanttekeningen

Het interpreteren van een enkele gebeurtenis met een hoge roodverschuiving vereist voorzichtigheid. GRB's zijn sterk gebundelde fenomenen: we detecteren alleen uitbarstingen waarvan de relativistische jets zich dicht bij onze gezichtslijn bevinden. Dat selecteert een speciale subset van de dood van massieve sterren en kan elke steekproef van verre explosies vertekenen in de richting van voorlopers die krachtige, nauw gecollimeerde jets produceren. Bovendien maken de zwakte van objecten bij z > 7 en de noodzaak van snelle, diepe vervolgmetingen de waargenomen steekproef klein. De conclusie dat vroege supernova's op moderne kunnen lijken is robuust voor deze gebeurtenis, maar of dit geldt voor de populatie als geheel, zal moeten blijken uit meer detecties.

Er zijn ook praktische beperkingen door tijddillatatie en roodverschuiving. Dezelfde kosmologische uitrekking die helpt de explosie in het spectrale venster van JWST te schuiven, vertraagt ook de schijnbare evolutie voor waarnemers op aarde: een gebeurtenis die in het referentiekader van het moederstelsel weken duurt, kan maanden of langer in beslag nemen in onze telescopen. Dit maakt gecoördineerde monitoring gedurende maanden essentieel om de volledige lichtcurve en spectrale evolutie vast te leggen.

Volgende stappen voor het bestuderen van de eerste explosies

Het resultaat onderstreept een terugkerend thema in het JWST-tijdperk: de telescoop onthult niet alleen verrassend lichtsterke, compacte sterrenstelsels nabij de kosmische dageraad, maar stelt astronomen ook in staat om transiënten te bestuderen die de levens en de dood van de eerste generaties massieve sterren traceren. Teams plannen al voortgezette monitoring van GRB-nagloeden, en nieuwe surveys van transiënten en faciliteiten van de volgende generatie zullen de ontdekkingsruimte vergroten. In het bijzonder zullen meer GRB's met hoge roodverschuiving plus JWST-vervolgwaarnemingen — en op termijn waarnemingen met 30-meterklasse telescopen op de grond — een statistische steekproef opbouwen die vergeleken kan worden met modellen van stellaire evolutie, nucleosynthese en de vroege vorming van sterrenstelsels.

Voor nu biedt GRB 250314A een overtuigend proof of concept: met snelle ontdekking, snelle spectroscopie vanaf de grond om een roodverschuiving vast te stellen, en gevoelige infrarode vervolgmetingen, kunnen astronomen de dood van de vroegste massieve sterren in het universum betrappen en ontleden. Elke dergelijke detectie vergroot ons vermogen om modellen van het eerste miljard jaar te testen, en deze — op een leeftijd van slechts 730 miljoen jaar na de oerknal — is de vroegste supernova die tot nu toe is gezien.