A sötét energia felfedezése, egy titokzatos erő, amely felgyorsítja az univerzum terjeszkedését, az 1a típusú szupernóvák megfigyelésein alapult, és ezeket a csillagrobbanásokat már régóta „standard gyertyákként” használták a tágulás mérésére. Egy új tanulmány feltárja ezeknek a szupernóváknak a variabilitásának forrásait, és a sötét energia természetének pontos megfigyelésére és annak meghatározására, hogy az állandó vagy változó-e az idő múlásával, a tudósoknak meg kell találniuk a módját, hogy a kozmikus távolságokat sokkal nagyobb pontossággal mérjék, mint ahogyan a múlt.
„A kozmológiai kísérletek következő generációjának elindításakor az 1a típusú szupernóvákat fogjuk használni nagyon érzékeny távolságmérőkként” - mondta Daniel Kasen, a héten a Natureben közzétett tanulmány vezető szerzője. „Tudjuk, hogy nem minden fényerő egyforma, és van módja annak, hogy ezt korrigáljuk, de tudnunk kell, vannak-e szisztematikus különbségek, amelyek torzítják a távolságméréseket. Tehát ez a tanulmány feltárta, mi okozza ezeket a fényerő-különbségeket. ”
Kasen és társai - Fritz Röpke a Max Planck asztrofizikai intézetéből a Garchingban, Németország és Stan Woosley, az UC Santa Cruz csillagászati és asztrofizikai professzora - szuperszámítógépeket használtak, hogy tucatnyi szimulációt vezessenek az 1a típusú szupernóvákba. Az eredmények azt mutatják, hogy a szupernóvákban megfigyelt sokféleség nagy része az érintett folyamatok kaotikus jellegéből és a robbanások ebből következő aszimmetriájából származik.
Ez a variabilitás nagyrészt nem eredményezne szisztematikus hibákat a mérési vizsgálatokban, mindaddig, amíg a kutatók nagyszámú megfigyelést alkalmaznak és a standard korrekciókat alkalmazzák - mondta Kasen. A tanulmány kicsi, ám potenciálisan aggasztó hatást talált, amely a csillagok kémiai összetételének szisztematikus különbségeiből fakadhat a világegyetem történetének különböző időszakaiban. A kutatók azonban a számítógépes modelleket felhasználhatják e hatás további jellemzésére és annak korrekcióinak kidolgozására.
Az 1a típusú szupernóva akkor fordul elő, amikor egy fehér törpe csillag további tömeget szerez azzal, hogy az anyagot a társcsillagotól elfújja. Amikor eléri a kritikus tömeget - a Föld méretű objektumba csomagolt Nap tömegének 1,4-szerese -, a csillag közepén lévő hő és nyomás elinduló atomfúziós reakciót vált ki, és a fehér törpe felrobban. Mivel a kezdeti feltételek minden esetben nagyjából azonosak, ezeknek a szupernóváknak ugyanolyan fényereje van, és „fénygörbéjük” (az, hogy a fényesség hogyan változik az idő múlásával) kiszámíthatóak.
Vannak, amelyek lényegében fényesebbek, mint mások, de ezek lassabban fakulnak és halványulnak, és ez a korreláció a fényerő és a fénygörbe szélessége között lehetővé teszi a csillagászok számára, hogy korrekciót alkalmazzanak megfigyeléseik egységesítéséhez. Tehát a csillagászok megmérhetik az 1a típusú szupernóva fénygörbéjét, kiszámíthatják annak belső fényerejét, majd meghatározhatják, hogy messze van, mivel a látszólagos fényerő távolsággal csökken (éppúgy, mint egy gyertya távolságban tompul, mint közel áll). .
Az új tanulmányban ezeknek a szupernóváknak a szimulálására használt számítógépes modellek a jelenlegi elméleti megértésen alapulnak, hogy hogyan és hol kezdődik a gyulladás a fehér törpe belsejében, és hol halad át a lassan égő égésről a robbanásveszélyes robbantásra.
A szimulációk azt mutatták, hogy a robbanások aszimmetriája kulcsfontosságú tényező az 1a típusú szupernóvák fényességének meghatározásában. "Az az oka, hogy ezek a szupernóvák nem azonos fényerővel vannak szorosan összekapcsolva a gömbszimmetria e törésével" - mondta Kasen.
A változékonyság domináns forrása az új elemek szintézise a robbanások során, amely érzékeny az első szikra geometriájának különbségeire, amelyek a fehér törpe látszólagos magjában hőszennyeződést okoznak. A nikkel-56 különösen fontos, mivel ennek az instabil izotópnak a radioaktív bomlása létrehozza azt az utánvilágítást, amelyet a csillagászok hónapokig vagy akár évekig is megfigyelhetnek a robbanás után.
„A nikkel-56 bomlása adja meg a fénygörbét. A robbanás másodpercek alatt véget ér, tehát amit látunk, annak eredménye, hogy a nikkel melegíti a törmeléket, és hogy a törmelék hogyan sugároz fényt ”- mondta Kasen.
Kasen kifejlesztette a számítógépes kódot a sugárzási átviteli folyamat szimulálására, felhasználva a szimulált robbanások kimenetét olyan vizualizációk előállítására, amelyeket közvetlenül lehet összehasonlítani a szupernóvák csillagászati megfigyeléseivel.
A jó hír az, hogy a számítógépes modellekben tapasztalható változékonyság megegyezik az 1a típusú szupernóvák megfigyeléseivel. „A legfontosabb, hogy a fénygörbe szélessége és csúcsfényessége olyan módon korreláljon, hogy megegyezzen azzal, amit a megfigyelők találtak. Tehát a modellek összhangban állnak a megfigyelésekkel, amelyeken a sötét energia felfedezése alapult ”- mondta Woosley.
A variabilitás másik forrása az, hogy ezek az aszimmetrikus robbanások eltérő szöget néznek ki. Ez akár 20% -os fényerő-különbséget is magyarázhat, mondta Kasen, de a hatás véletlenszerű, és szórást eredményez a mérésekben, amelyek statisztikailag csökkenthetők nagyszámú szupernóva megfigyelésével.
A szisztematikus torzítás lehetősége elsősorban a fehér törpe csillag kezdeti kémiai összetételének változásából származik. A nehezebb elemeket a szupernóva robbanások során szintetizálják, és a robbanásokból származó törmeléket új csillagokba építik be. Ennek eredményeként a közelmúltban kialakult csillagok valószínűleg több nehéz elemet tartalmaznak (a csillagászok terminológiájában nagyobb „fémség”), mint a távoli múltban kialakult csillagok.
"Ez a fajta dolog várhatóan fejlődik az idő múlásával, tehát ha az univerzum történetében sokkal korábbi időknek megfelelő távoli csillagokat nézzenek, akkor ezek alacsonyabb fémségűek" - mondta Kasen. "Amikor kiszámoltuk ennek hatását modelleinkben, azt találtuk, hogy a távolságmérés során fellépő hibák legfeljebb 2 százalék lehetnek."
A számítógépes szimulációk felhasználásával végzett további vizsgálatok lehetővé teszik a kutatók számára, hogy részletesebben jellemezhessék az ilyen variációk hatásait, és korlátozzák azok hatását a jövőbeli sötét energiával kapcsolatos kísérletekre, amelyek megkövetelhetik olyan pontosságot, amely 2% -os hibákat elfogadhatatlanná tesz.
Forrás: EurekAlert
