Otkrivanje tamne energije, tajanstvene sile koja ubrzava širenje svemira, temeljilo se na promatranjima supernova tipa 1a, a ove zvjezdane eksplozije dugo su korištene kao "standardne svijeće" za mjerenje širenja. Nova studija otkriva izvore varijabilnosti u tim supernovama, a kako bi precizno ispitali prirodu tamne energije i utvrdili je li ona konstantna ili promjenjiva s vremenom, znanstvenici će morati pronaći način da mjere kozmičke udaljenosti s mnogo većom preciznošću nego što imaju u prošlost.
"Kao što započinjemo s novim naraštajima kozmoloških eksperimenata, htjet ćemo upotrijebiti supernove tipa 1a kao vrlo osjetljive mjere udaljenosti", rekao je glavni autor Daniel Kasen iz studije objavljene u časopisu Nature ovog tjedna. „Znamo da nisu svi iste svjetline i za to imamo načine ispravljanja, ali moramo znati postoje li sustavne razlike koje bi pristrasile mjerenjima udaljenosti. Dakle, ova je studija istražila što uzrokuje te razlike u svjetlini. "
Kasen i njegovi koautori - Fritz Röpke iz Instituta za astrofiziku Maxa Plancka u Garchingu, Njemačka, i Stan Woosley, profesor astronomije i astrofizike u UC Santa Cruz, koristili su superračunala za pokretanje desetaka simulacija supernova tipa 1a. Rezultati pokazuju da je velik dio raznolikosti promatran u tim supernovama rezultat haotičnosti procesa i nastale asimetrije eksplozija.
Najvećim dijelom ta varijabilnost ne bi proizvela sustavne pogreške u mjernim studijama sve dok istraživači koriste velik broj opažanja i primijene standardne korekcije, rekao je Kasen. Studija je utvrdila mali, ali potencijalno zabrinjavajući učinak koji je mogao proizlaziti iz sustavnih razlika u kemijskim sastavima zvijezda u različito vrijeme povijesti svemira. No, istraživači mogu pomoću računalnih modela poboljšati svoj učinak i razviti ispravke.
Supernova tipa 1a nastaje kada bijela patuljasta zvijezda dobije dodatnu masu sikujući materiju dalje od suputničke zvijezde. Kada dostigne kritičnu masu - 1,4 puta veću od Sunčeve mase, upakirane u objekt veličine Zemlje - toplina i pritisak u središtu zvijezde pokreću reakciju nuklearne fuzije, a bijeli patuljak eksplodira. Budući da su početni uvjeti u svim slučajevima približno isti, ove supernove imaju istu blistavost, a njihove "svjetlosne krivulje" (kako se svjetlost mijenja s vremenom) mogu se predvidjeti.
Neki su intrincijalno svjetliji od drugih, ali oni bljesne i blede sporije, a ta povezanost između svjetline i širine svjetlosne krivulje omogućuje astronomima da primijene korekciju kako bi standardizirali svoja opažanja. Tako astronomi mogu izmjeriti krivulju svjetlosti supernove tipa 1a, izračunati njezinu unutarnju svjetlinu, a zatim odrediti koliko je daleko, budući da se prividna svjetlina smanjuje s daljinom (baš kao što se svijeća pojavljuje prigušeno na udaljenosti nego što je blizu) ,
Računalni modeli korišteni za simulaciju ovih supernova u novoj studiji temelje se na trenutnom teoretskom razumijevanju kako i gdje započinje proces paljenja unutar bijelog patuljka i gdje prelazi s izgaranja na sporo izgaranje u eksplozivnu detonaciju.
Simulacije su pokazale da je asimetrija eksplozija ključni faktor koji određuje svjetlinu supernova tipa 1a. "Razlog zbog kojeg ove supernove nisu iste svjetline usko je povezan s razbijanjem sferne simetrije", rekao je Kasen.
Dominantni izvor varijabilnosti je sinteza novih elemenata tijekom eksplozija, koja je osjetljiva na razlike u geometriji prvih iskre koje zapale termonuklearno odbjegavanje u jezgru bijelog patuljka. Nikal-56 je posebno važan jer radioaktivni raspad ovog nestabilnog izotopa stvara naknadni sjaj koji astronomi mogu promatrati mjesecima ili čak godinama nakon eksplozije.
„Propadanje nikla-56 ono je što pokreće svjetlosna krivulja. Eksplozija je gotova za nekoliko sekundi, tako da ono što vidimo rezultat je kako nikal zagrijava krhotine i kako krhotine zrače svjetlost ”, rekao je Kasen.
Kasen je razvio računalni kod kako bi simulirao ovaj postupak zračenja, koristeći izlaz iz simuliranih eksplozija kako bi proizveo vizualizacije koje se mogu izravno usporediti s astronomskim promatranjima supernova.
Dobra vijest je da se varijabilnost koja se vidi u računalnim modelima podudara s opažanjima supernove tipa 1a. „Najvažnije je da se širina i vršna svjetlost svjetlosne krivulje podudaraju na način koji se podudara s onim što su promatrači utvrdili. Dakle, modeli su u skladu s opažanjima na kojima je utemeljeno otkriće tamne energije ", rekao je Woosley.
Drugi izvor varijabilnosti je da ove asimetrične eksplozije izgledaju drugačije ako se gledaju pod različitim kutovima. To može objasniti razlike u svjetlini od čak 20 posto, rekao je Kasen, ali učinak je slučajan i stvara rasipanje u mjerenjima koje se mogu statistički smanjiti promatranjem velikog broja supernova.
Mogućnost sustavnih pristranosti dolazi prije svega od promjene u početnom kemijskom sastavu zvijezde bijelog patuljaka. Teži elementi sintetizirani su tijekom eksplozija supernove, a ostaci tih eksplozija ugrađeni su u nove zvijezde. Kao rezultat toga, zvijezde koje su nedavno formirane vjerojatno će sadržavati teže elemente (veću „metalnost“, u terminologiji astronoma) od zvijezda formiranih u dalekoj prošlosti.
"To je vrsta stvari za koju očekujemo da će se razvijati s vremenom, tako da ako pogledate udaljene zvijezde koje odgovaraju mnogo starijim vremenima u povijesti svemira, one imaju tendenciju da imaju nižu metalnost", rekao je Kasen. "Kad smo izračunali učinak toga na našim modelima, ustanovili smo da će rezultirajuće pogreške u mjerenjima na udaljenosti biti od 2 posto ili manje."
Daljnje studije pomoću računalnih simulacija omogućit će istraživačima detaljnije okarakterizirati učinke takvih varijacija i ograničiti njihov utjecaj na buduće eksperimente s tamnom energijom, što bi moglo zahtijevati razinu preciznosti koja bi pogreške od 2 posto učinila neprihvatljivima.
Izvor: EurekAlert
