DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/ad4648
تاريخ النشر: 2024-05-29
المؤلف: Justin Pierel وآخرون
الموضوع الرئيسي: انفجارات أشعة غاما والسوبرنوفا
نظرة عامة
في اكتشاف حديث تم باستخدام تصوير JWST/NIRCam في 17 نوفمبر 2023، تم تحديد مرشح ساطع لسوبرنوفا مع سطوع ظاهري قدره $m_{F150W,AB} = 24$ وانزياح أحمر $z = 1.95$. هذه السوبرنوفا، المسماة “إنكور”، ملحوظة لكونها مصورة خمس مرات بسبب تأثيرات العدسة الجاذبية القوية من مجموعة المجرات الأمامية، مما يسمح برصدها في ثلاثة مواقع متميزة. إنكور هي السوبرنوفا الثانية التي تم تصويرها في نفس المجرة المضيفة، بعد السوبرنوفا المصورة المعروفة سابقًا باسم “ريكييم”. يساهم هذا الاكتشاف في فهم ظواهر العدسة الجاذبية ودراسة الأحداث الكونية البعيدة.
مقدمة
تناقش المقدمة ظاهرة العدسة الجاذبية القوية، حيث تتسبب جاذبية مجرة أو مجموعة أمامية (الـ “عدسة”) في ظهور صور متعددة لمصدر خلفي. يعتمد هذا التأثير على المحاذاة الدقيقة بين المراقب، المصدر، والعدسة، وينتج عنه تأخيرات زمنية بين الصور بسبب التغيرات في سطوع المصدر. يمكن أن توفر مثل هذه التأخيرات الزمنية قياسات مباشرة للمسافة إلى نظام العدسة، وهو أمر حاسم لتقييد ثابت هابل ($H_0$). بينما كانت الكوازارات تستخدم تقليديًا لهذا الغرض، يبرز البحث مزايا استخدام السوبرنوفا المصورة بقوة (SNe)، وخاصة سوبرنوفا من النوع Ia (SNe Ia)، بسبب سطوعها القابل للتنبؤ وتطور منحنى الضوء المفهوم جيدًا.
تشير الأبحاث إلى عينة متزايدة من SNe المصورة بقوة، بما في ذلك نظامين على نطاق المجرة وخمسة أنظمة على نطاق المجموعة، مع ظهور SN H0pe كحالة مهمة توفر قياسًا لـ $H_0$ تنافسي مع التقديرات المحلية. يقدم البحث SN إنكور، وهي سوبرنوفا Ia مصورة حديثًا تم العثور عليها في نفس المجرة المضيفة مثل SN ريكييم، مما يوفر فرصة لمزيد من التحليل وقياسات التأخير الزمني. تمهد المقدمة الطريق للأقسام اللاحقة التي ستفصل الملاحظات والآثار المتعلقة بـ SN إنكور، مع التأكيد على إمكانيتها في تعزيز فهمنا للمعلمات الكونية من خلال العدسة الجاذبية.
نقاش
في هذا القسم، يناقش المؤلفون اكتشاف وملاحظات SN إنكور، وهي سوبرنوفا من النوع Ia مصورة بواسطة مجموعة MACS J0138.0-2155 ومضيفة من قبل المجرة MRG-M0138 عند انزياح أحمر $z = 1.95$. يعتبر هذا الاكتشاف مهمًا حيث أن SN إنكور هي السوبرنوفا الثانية من النوع Ia المصورة والثالثة بشكل عام التي يمكن أن تساهم في قياسات دقيقة لثابت هابل ($H_0$) مع عدم اليقين أقل من 10%. من الجدير بالذكر أيضًا أنها الحالة الأولى لظهور اثنتين من SNe Ia المصورة من نفس المجرة المضيفة خلال حوالي سبع سنوات، مما يبرز الطبيعة الاستثنائية لـ MRG-M0138، التي تتميز بكتلتها النجمية العالية ($M_* = 5 \times 10^{11} M_\odot$) وحالتها الساكنة.
يؤكد المؤلفون على الآثار المترتبة على ملاحظة اثنتين من SNe Ia من نفس المضيف، مشيرين إلى أن احتمال حدوث مثل هذه الحالة منخفض (حوالي 3%) ولكنه ممكن بالنظر إلى خصائص MRG-M0138. يتوقعون أن كل من SN إنكور وSN ريكييم سيظهران مرة أخرى في السنوات الخمس إلى العشر القادمة، مما يوفر فرصة فريدة لعلم الفلك الزمني وتأثيرات فيزياء SN Ia عند انزياح أحمر مرتفع. بينما قد لا تحل SN إنكور بمفردها التوتر القائم في قياسات $H_0$، فإن إدراجها في عينة متزايدة من SNe المصورة قد يقلل عدم اليقين إلى حوالي 5%. من المتوقع أن تعزز المسوحات المستقبلية، مثل تلك التي من مرصد فيرا سي. روبين وتلسكوب نانسي غريس رومان الفضائي، من كتالوج SNe المصورة، وخاصة من المجموعات، التي توفر ظروفًا ملائمة للدراسات الكونية.
DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/ad4648
Publication Date: 2024-05-29
Author(s): Justin Pierel et al.
Primary Topic: Gamma-ray bursts and supernovae
Overview
In a recent discovery made using JWST/NIRCam imaging on November 17, 2023, a bright supernova candidate with an apparent magnitude of $m_{F150W,AB} = 24$ and redshift $z = 1.95$ was identified. This supernova, named “Encore,” is notable for being quintuply imaged due to strong gravitational lensing effects from a foreground galaxy cluster, which allows it to be detected in three distinct locations. Encore is the second lensed supernova found in the same host galaxy, following the previously identified lensed supernova known as “Requiem.” This discovery contributes to the understanding of gravitational lensing phenomena and the study of distant cosmic events.
Introduction
The introduction discusses the phenomenon of strong gravitational lensing, where the gravity of a foreground galaxy or cluster (the “lens”) causes multiple images of a background source to appear. This effect relies on precise alignment between the observer, the source, and the lens, and results in time delays between the images due to variations in brightness of the source. Such time delays can provide direct distance measurements to the lens system, which are crucial for constraining the Hubble constant ($H_0$). While quasars have been traditionally used for this purpose, the paper highlights the advantages of using strongly lensed supernovae (SNe), particularly Type Ia supernovae (SNe Ia), due to their predictable brightness and well-understood light-curve evolution.
The research notes a growing sample of strongly lensed SNe, including two galaxy-scale and five cluster-scale systems, with SN H0pe emerging as a significant case that yields an $H_0$ measurement competitive with local estimates. The paper introduces SN Encore, a newly discovered lensed SN Ia found in the same host galaxy as SN Requiem, which presents an opportunity for further analysis and time-delay measurements. The introduction sets the stage for subsequent sections that will detail observations and implications of SN Encore, emphasizing its potential to enhance our understanding of cosmological parameters through gravitational lensing.
Discussion
In this section, the authors discuss the discovery and observations of SN Encore, a Type Ia supernova lensed by the MACS J0138.0-2155 cluster and hosted by the galaxy MRG-M0138 at redshift $z = 1.95$. This discovery is significant as SN Encore is the second lensed Type Ia supernova and the third overall lensed supernova that can contribute to precise measurements of the Hubble constant ($H_0$) with uncertainties below 10%. Notably, it is also the first instance of two lensed SNe Ia originating from the same host galaxy within approximately seven years, highlighting the exceptional nature of MRG-M0138, which is characterized by its high stellar mass ($M_* = 5 \times 10^{11} M_\odot$) and quiescent state.
The authors emphasize the implications of observing two SNe Ia from the same host, noting that the probability of such an occurrence is low (approximately 3%) but feasible given MRG-M0138’s properties. They anticipate that both SN Encore and SN Requiem will reappear in the next 5-10 years, offering a unique opportunity for time-delay cosmography and insights into SN Ia physics at high redshift. While SN Encore alone may not resolve the existing tension in $H_0$ measurements, its inclusion in a growing sample of lensed SNe could reduce the uncertainty to around 5%. Future surveys, such as those from the Vera C. Rubin Observatory and the Nancy Grace Roman Space Telescope, are expected to enhance the catalog of lensed SNe, particularly from clusters, which provide advantageous conditions for cosmological studies.