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More, Suyu, Oguri et al.
Interpreting the Strongly Lensed Supernova iPTF16geu: Time Delay Predictions,
Microlensing, and Lensing Rates

MPA News

ERC-Förderung für Sherry Suyu: ein kosmisches Feuerwerk

Rätsel um die Vorläufer von Typ Ia Supernovae und der Kosmologie werden durch starke Gravitationslinsen untersucht

4. Dezember 2017

Ende November gab der Europäische Forschungsrat bekannt, dass Sherry Suyu, Forschungsgruppenleiterin am Max-Planck-Institut für Astrophysik und Mitglied des Max-Planck@TUM-Programms, zu den Preisträgern der ERC Consolidator Grants 2017 gehört. Mit dieser Finanzierung kann Suyu ihre Gruppe ausbauen, um durch Gravitationslinsen mehrfach abgebildete Supernovae zu untersuchen und mehr über deren Vorläufer zu erfahren. Diese „gelinsten“ Supernovae bieten auch eine unabhängige Methode zur Messung der Hubble-Konstante, die den Wissenschaftlern Auskunft über die Expansionsgeschwindigkeit des Universums gibt.

Die erste und einzige räumlich aufgelöste stark gelinste Type Ia Supernova, iPTF16geu, entdeckt von Goobar et al. Links: HST-Aufnahme vom 28. Oktober 2016 mit vier Bildern derselben Quelle um die Vordergrundgalaxie. Mitte und rechts: Zwei verschiedene Rekonstruktionen aus Linsenmassenmodellen des Systems von More, Suyu, Oguri et al. (2017) Bild vergrößern

Die erste und einzige räumlich aufgelöste stark gelinste Type Ia Supernova, iPTF16geu, entdeckt von Goobar et al. Links: HST-Aufnahme vom 28. Oktober 2016 mit vier Bildern derselben Quelle um die Vordergrundgalaxie. Mitte und rechts: Zwei verschiedene Rekonstruktionen aus Linsenmassenmodellen des Systems von More, Suyu, Oguri et al. (2017)

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Seit Jahrzehnten verwenden Kosmologen bereits eine bestimmte Art von Sternexplosion, Typ Ia Supernovae (SNe Ia), um die Entfernung zu weit entfernten Galaxien und damit die Ausdehnungsgeschwindigkeit des Universums zu messen. Erst seit etwa 10 Jahren können sie nun auch einen weiteren kosmischen Effekt nutzen, um noch mehr Informationen zu sammeln: den starken Gravitationslinseneffekt. Dieser tritt auf, wenn eine größere Massenkonzentration, z.B. eine Galaxie oder ein Galaxienhaufen, zwischen der Quelle in einer weit entfernten Galaxie und dem Beobachter auf der Erde liegt. Die Lichtstrahlen, die die Linse auf unterschiedlichen Seiten passieren, werden dann abgelenkt, so dass mehrere Bilder derselben Quelle entstehen. Bei einer intrinsisch variablen Quelle, z.B. wenn eine Supernova-Explosion aufleuchtet, erscheint der Lichtblitz in den Mehrfachbildern aufgrund der unterschiedlichen optischen Pfadlängen ihrer Lichtwege und der Gravitationsverzögerung durch die Linse zu unterschiedlichen Zeiten. Diese Zeitverzögerung enthält wertvolle Informationen über die Geometrie des Universums.

Schematische Darstellung des Gravitationslinseneffekts für die Typ Ia-Supernova iPTF16geu. Die Raumzeit zwischen der Supernova (markiert mit einem Stern) und dem Beobachter (auf der Erde) wird durch die Schwerkraft der Linsengalaxie (orange) gestört. Der Betrachter sieht die Wirtsgalaxie der Supernova im Hintergrund als ringförmige Struktur und vier Bilder der Supernova. Da die Lichtkurve von Typ Ia-Supernovae eine charakteristische Form aufweisen, kann die Zeitverzögerung zwischen den vier Bildern leicht bestimmt werden (unteres Bild). Bild vergrößern

Schematische Darstellung des Gravitationslinseneffekts für die Typ Ia-Supernova iPTF16geu. Die Raumzeit zwischen der Supernova (markiert mit einem Stern) und dem Beobachter (auf der Erde) wird durch die Schwerkraft der Linsengalaxie (orange) gestört. Der Betrachter sieht die Wirtsgalaxie der Supernova im Hintergrund als ringförmige Struktur und vier Bilder der Supernova. Da die Lichtkurve von Typ Ia-Supernovae eine charakteristische Form aufweisen, kann die Zeitverzögerung zwischen den vier Bildern leicht bestimmt werden (unteres Bild).

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Das von Sherry Suyu vorgeschlagene Projekt LENSNOVA nutzt ihre Erfahrung auf dem Gebiet der starken Gravitationslinsen mit Zeitverzögerung. Mit Hilfe der Gravitationslinsen können alle Supernovae mit einer nie dagewesenen zeitlichen Abtastung beobachtet werden. So sind die Beobachtungen des Einsetzens einer Supernova-Explosion der Schlüssel dafür, mehr über die Vorläufer von Supernovae zu erfahren, die seit Jahrzehnten diskutiert werden. Stark gelinste SNe Ia erlauben auch eine unabhängige Messung der Hubble-Konstante (H0), die die kosmische Ausdehnungsrate festlegt. Diese unabhängige Messung ist in Anbetracht der derzeitig unterschiedlichen H0-Messungen wichtig, um mögliche, neue Physik jenseits des kosmologischen Standardmodells zu überprüfen. So wird das LENSNOVA-Projekt neues Licht werfen auf die Vorläufer der SNe Ia sowie die dunkle Energie, zwei der größten Rätsel der Gegenwart.

Durch den Bau neuer, leistungsstarker Teleskope wie dem Large Synoptic Survey Telescope und der Euklid-Mission kommt LENSNOVA genau zur rechten Zeit um eine erste Auswahl an stark gelinsten SNe Ia zu untersuchen. Die ERC-Förderung ermöglicht es Sherry Suyu nun, weitere Wissenschaftler für ihr Team zu finden und die notwendigen Computerressourcen zu beschaffen, um die neuen Daten bestmöglich auszuwerteen. Damit könnte das Projekt sowohl das Feld der Sternenphysik als auch die Kosmologie revolutionieren.

Die rekonstruierte Oberflächenhelligkeitsverteilung der Wirtsgalaxie der Supernova in Abb. 1 aus dem besten Linsenmodell. Die Lage der Supernova ist mit einem blauen Stern gekennzeichnet. Bild vergrößern

Die rekonstruierte Oberflächenhelligkeitsverteilung der Wirtsgalaxie der Supernova in Abb. 1 aus dem besten Linsenmodell. Die Lage der Supernova ist mit einem blauen Stern gekennzeichnet.

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Die ERC Consolidator Grants werden an herausragende Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aller Nationalitäten und Altersgruppen über alle Forschungsfelder hinweg vergeben, die über mindestens sieben bis zwölf Jahre Erfahrung nach der Promotion verfügen und eine viel versprechende wissenschaftliche Laufbahn vorweisen können. Die Forschung muss in einer öffentlichen oder privaten Forschungseinrichtung durchgeführt werden, die ihren Sitz in einem der EU-Mitgliedstaaten oder assoziierten Länder hat. Die Mittel (maximal 2 Mio. € pro Grant) werden für einen Zeitraum von bis zu fünf Jahren bereitgestellt und decken hauptsächlich die Beschäftigung von Wissenschaftlern und anderen Mitarbeitern zur Konsolidierung der Teams der Geförderten ab. Die Vorschläge werden von ausgewählten internationalen Gutachtern bewertet, die sie allein nach dem Kriterium der Exzellenz bewerten.

 
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