Descoperirea energiei întunecate, o forță misterioasă care accelerează expansiunea universului, s-a bazat pe observații ale supernovelor de tip 1a, iar aceste explozii stelare au fost folosite de mult timp ca „lumânări standard” pentru măsurarea expansiunii. Un nou studiu dezvăluie surse de variabilitate în aceste supernove și pentru a examina cu exactitate natura energiei întunecate și a determina dacă aceasta este constantă sau variabilă în timp, oamenii de știință vor trebui să găsească o modalitate de a măsura distanțele cosmice cu o precizie mult mai mare decât au trecutul.
„Pe măsură ce începem următoarea generație de experimente de cosmologie, vom dori să folosim supernovele de tip 1a ca măsuri foarte sensibile de distanță”, a declarat autorul principal Daniel Kasen, al unui studiu publicat în Nature săptămâna aceasta. „Știm că nu sunt toate aceeași luminozitate și avem modalități de corectare pentru asta, dar trebuie să știm dacă există diferențe sistematice care ar influența măsurătorile distanței. Așadar, acest studiu a examinat ce provoacă acele diferențe de luminozitate. ”
Kasen și coautorii săi - Fritz Röpke, de la Institutul Max Planck pentru Astrofizică din Garching, Germania, și Stan Woosley, profesor de astronomie și astrofizică la UC Santa Cruz - au folosit supercomputere pentru a rula zeci de simulări de supernove de tip 1a. Rezultatele indică faptul că o mare parte din diversitatea observată în aceste supernove se datorează caracterului haotic al proceselor implicate și asimetriei rezultate a exploziilor.
În mare parte, această variabilitate nu ar produce erori sistematice în studiile de măsurare, atât timp cât cercetătorii folosesc un număr mare de observații și aplică corecțiile standard, a spus Kasen. Studiul a găsit un efect mic, dar potențial îngrijorător, care ar putea rezulta din diferențe sistematice în compozițiile chimice ale stelelor în diferite momente din istoria universului. Dar cercetătorii pot folosi modelele de computer pentru a caracteriza în continuare acest efect și pentru a dezvolta corecții pentru acesta.
O supernova de tip 1a apare atunci când o stea pitică albă capătă masă suplimentară sifonând materia departe de o stea însoțitoare. Când atinge o masă critică - de 1,4 ori mai mare decât masa Soarelui, împachetată într-un obiect de dimensiunea Pământului - căldura și presiunea din centrul stelei stârnesc o reacție de fuziune nucleară, iar pitica albă explodează. Deoarece condițiile inițiale sunt aproximativ aceleași în toate cazurile, aceste supernove tind să aibă aceeași luminozitate, iar „curbele lor de lumină” (modul în care luminozitatea se schimbă în timp) sunt previzibile.
Unele sunt intrinsec mai strălucitoare decât altele, dar acestea se declanșează și se estompează mai lent, iar această corelație între luminozitatea și lățimea curbei de lumină permite astronomilor să aplice o corecție pentru a standardiza observațiile lor. Așadar, astronomii pot măsura curba de lumină a unei supernove de tip 1a, să-i calculeze luminozitatea intrinsecă și apoi să determine cât de departe este, deoarece strălucirea aparentă scade odată cu distanța (la fel cum o lumânare apare mai slabă la o distanță decât se apropie) .
Modelele de calculator utilizate pentru a simula aceste supernove în noul studiu se bazează pe înțelegerea teoretică actuală a modului în care și unde începe procesul de aprindere în interiorul piticului alb și unde face trecerea de la arderea lentă la detonare explozivă.
Simulările au arătat că asimetria exploziilor este un factor cheie care determină luminozitatea supernovelor de tip 1a. „Motivul pentru care aceste supernove nu sunt în același fel de luminozitate este strâns legat de această rupere a simetriei sferice”, a spus Kasen.
Sursa dominantă de variabilitate este sinteza de noi elemente în timpul exploziilor, care este sensibilă la diferențele de geometrie a primelor scântei care aprind o fugă termonucleară în miezul strălucitor al piticului alb. Nichelul-56 este deosebit de important, deoarece degradarea radioactivă a acestui izotop instabil creează după aceea că astronomii sunt capabili să observe luni sau chiar ani după explozie.
„Decăderea nichelului-56 este cea care alimentează curba luminoasă. Explozia s-a încheiat în câteva secunde, așa că ceea ce vedem este rezultatul modului în care nichelul încălzește resturile și a modului în care resturile radiază de lumină ”, a spus Kasen.
Kasen a dezvoltat codul computerului pentru a simula acest proces de transfer radiativ, folosind ieșirea din exploziile simulate pentru a produce vizualizări care pot fi comparate direct cu observații astronomice ale supernovelor.
Vestea bună este că variabilitatea observată în modelele de calculator este de acord cu observațiile de supernove de tip 1a. „Cel mai important, lățimea și luminozitatea maximă a curbei luminoase sunt corelate într-un mod care să fie de acord cu ceea ce au observat observatorii. Deci modelele sunt în concordanță cu observațiile pe care s-a bazat descoperirea energiei întunecate ”, a spus Woosley.
O altă sursă de variabilitate este că aceste explozii asimetrice arată diferit atunci când sunt privite în unghiuri diferite. Acest lucru poate reprezenta diferențe de luminozitate de până la 20 la sută, a spus Kasen, dar efectul este întâmplător și creează împrăștiere în măsurătorile care pot fi reduse statistic prin observarea unui număr mare de supernove.
Potențialitatea unei prejudecăți sistematice provine în principal din variația compoziției chimice inițiale a stelei pitice albe. Elementele mai grele sunt sintetizate în timpul exploziilor de supernove, iar resturile din aceste explozii sunt încorporate în stele noi. Drept urmare, stelele formate recent vor conține elemente mai grele („metalicitate” mai mare în terminologia astronomilor) decât stelele formate în trecutul îndepărtat.
„Acesta este genul de lucruri pe care ne așteptăm să evolueze de-a lungul timpului, așa că dacă te uiți la stele îndepărtate care corespund unor vremuri mult mai vechi din istoria universului, acestea ar avea tendința de a avea o metalicitate mai mică”, a spus Kasen. „Când am calculat efectul acestui lucru în modelele noastre, am constatat că erorile rezultate în măsurătorile de distanță ar fi de ordinul a 2% sau mai puțin.”
Studiile ulterioare care utilizează simulări computerizate vor permite cercetătorilor să caracterizeze mai detaliat efectele acestor variații și să-și limiteze impactul asupra viitoarelor experimente cu energie întunecată, care ar putea necesita un nivel de precizie care să facă erori de 2 la sută inacceptabile.
Sursa: EurekAlert
