Χρησιμοποιώντας το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, οι αστρονόμοι απαθανάτισαν μια εκπληκτική εικόνα ενός μακρινού σουπερνόβα σε έναν γαλαξία που φαίνεται να απλώνεται σαν ένα ζεστό τάφι.
Ωστόσο, το επίχρισμα από χρυσό που κρύβει αυτό το σουπερνόβα με βαρυτικό φακό, το οποίο έχει ονομαστεί “Hope Supernova”, δεν είναι μόνο αξιοσημείωτο για την αισθητική του αξία. Η σουπερνόβα, η οποία εξερράγη όταν το σύμπαν ήταν 13,8 δισεκατομμυρίων ετών, περίπου 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, μας λέει κάτι για ένα τεράστιο πρόβλημα στην κοσμολογία που ονομάζεται «ένταση Hubble».
Η ένταση του Hubble προέρχεται από το γεγονός ότι οι επιστήμονες δεν μπορούν να συμφωνήσουν για τον ακριβή ρυθμό διαστολής του σύμπαντος, ο οποίος υπαγορεύεται από τη σταθερά Hubble. Ουσιαστικά, ο ρυθμός μπορεί να μετρηθεί ξεκινώντας από το τοπικό (επομένως σύγχρονο) σύμπαν και μετά πηγαίνοντας πιο πίσω στο χρόνο – ή μπορεί να υπολογιστεί ξεκινώντας από το μακρινό (άρα πρώιμο) σύμπαν και μετά προχωρώντας προς τα εμπρός. Το πρόβλημα είναι ότι και οι δύο μέθοδοι παρέχουν τιμές που δεν είναι συνεπείς μεταξύ τους. Εδώ έρχεται το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST).
Οι σουπερνόβα με βαρυτικούς φακούς στο πρώιμο σύμπαν, που παρατηρήθηκαν από το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, θα μπορούσαν να παρέχουν έναν τρίτο τρόπο μέτρησης του ρυθμού, ο οποίος θα μπορούσε να βοηθήσει στην επίλυση αυτού του «προβλήματος Hubble».
«Το σουπερνόβα ονομάστηκε «Σούπερνοβα της Ελπίδας» επειδή δίνει στους αστρονόμους ελπίδα να κατανοήσουν καλύτερα τον μεταβαλλόμενο ρυθμό της διαστολής του σύμπαντος», δήλωσε η Μπρέντα Φράι, επικεφαλής της ομάδας μελέτης και ερευνήτρια στο Πανεπιστήμιο της Αριζόνα, σε μια NASA. έκθεση. δήλωση.
Αυτή η αναζήτηση για ένα σουπερνόβα ελπίδας ξεκίνησε όταν η Φράι και η διεθνής ομάδα επιστημόνων της βρήκαν τρία περίεργα σημεία φωτός σε μια εικόνα του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb ενός μακρινού, πυκνοκατοικημένου σμήνος γαλαξιών. Αυτά τα φωτεινά σημεία στην εικόνα δεν ήταν ορατά όταν το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble απεικόνισε το ίδιο σύμπλεγμα, γνωστό ως PLCK G165.7+67.0 ή απλά G165, το 2015.
Σχετίζεται με: Η εξωτική φυσική στις άκρες των μαύρων τρυπών μπορεί να βοηθήσει στην επίλυση του μακροχρόνιου «προβλήματος Hubble».
“Όλα ξεκίνησαν με μια ερώτηση από την ομάδα: Ποιες είναι αυτές οι τρεις τελείες που δεν υπήρχαν πριν; Θα μπορούσε να είναι σουπερνόβα;” «Οι προκαταρκτικές αναλύσεις έχουν επιβεβαιώσει ότι αυτά τα σημεία αντιστοιχούν σε ένα αστέρι που εκρήγνυται, με σπάνια χαρακτηριστικά».
Ο χώρος γύρω από το G165 επιλέχθηκε για το πρόγραμμα PEARLS επειδή βρίσκεται στη μέση μιας «αστρικής έκρηξης», μιας περιόδου έντονου σχηματισμού άστρων, που παράγει 300 ηλιακές μάζες αστεριών ετησίως. Αυτοί οι υψηλότεροι ρυθμοί σχηματισμού άστρων συνδέονται με υψηλότερες συχνότητες εκρήξεων σουπερνόβα.
Το Supernova Hope είναι ένας συγκεκριμένος τύπος σουπερνόβα που ονομάζεται σουπερνόβα τύπου Ia. Αυτοί οι σουπερνόβα εμφανίζονται σε δυαδικά που περιέχουν ένα αστέρι της κύριας ακολουθίας, όπως ο Ήλιος, και ένα αστέρι που έχει εξαντλήσει τα καύσιμα του για πυρηνική σύντηξη και έχει γίνει ένα νεκρό κέλυφος, που ονομάζεται λευκός νάνος.
Εάν αυτά τα αστρικά αντικείμενα είναι αρκετά κοντά, το νεκρό αστέρι μπορεί να λειτουργήσει σαν κοσμικό βαμπίρ, αντλώντας πλάσμα από το ζωντανό ή «δότη» αστέρι. Καθώς αυτό συνεχίζεται, η ύλη συσσωρεύεται μέχρι να καταλήξει σε μια θερμοπυρηνική έκρηξη, εκρήξεις που βλέπουμε ως σουπερνόβα τύπου Ia. Λόγω του πόσο τακτικές είναι οι λάμψεις φωτός τους, αυτές οι σουπερνόβα είναι ένα εξαιρετικό εργαλείο που μπορούν να χρησιμοποιήσουν οι αστρονόμοι για να μετρήσουν τις κοσμικές αποστάσεις. Ως εκ τούτου, οι αστρονόμοι αναφέρονται στους σουπερνόβα τύπου Ia ως «τυποποιημένα κεριά».
Ένας τρόπος για να λάβετε μια τιμή για τη σταθερά του Hubble είναι να κοιτάξετε τους υπερκαινοφανείς τύπου Ia στο τοπικό σύμπαν για να μετρήσετε τις αποστάσεις τους από εμάς και μεταξύ τους και στη συνέχεια να μετρήσετε πόσο γρήγορα υποχωρούν. Η άλλη κύρια τεχνική για τη μέτρηση της διαστολής του σύμπαντος περιλαμβάνει τη λήψη παρατηρήσεων του μακρινού σύμπαντος και στη συνέχεια τον υπολογισμό με συμπέρασμα πόσο γρήγορα διαστέλλεται το σύμπαν.
Αλλά, και πάλι, αυτές οι μέθοδοι δεν είναι συνεπείς. Ωστόσο, το Supernova Hope θα μπορούσε να χρησιμεύσει ως γέφυρα μεταξύ των δύο τεχνολογιών.
Ο Αϊνστάιν απλώνει το χέρι του
Ο βαρυτικός φακός είναι ένα φαινόμενο που προβλέφθηκε από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν στη λαμπρή θεωρία της βαρύτητας, η οποία αναπτύχθηκε το 1915 και ονομάζεται «γενική σχετικότητα».
Η γενική σχετικότητα υποδηλώνει ότι τα αντικείμενα με μάζα προκαλούν χωροχρονική παραμόρφωση, την τετραδιάστατη ενοποίηση του χώρου και του χρόνου, με τη βαρύτητα που προκύπτει από αυτή την καμπυλότητα. Όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα ενός αντικειμένου, τόσο πιο παραμορφωμένος γίνεται ο χώρος, και επομένως τόσο μεγαλύτερη είναι η βαρυτική επίδραση αυτού του αντικειμένου. Αυτό είναι που κάνει τα φεγγάρια να περιφέρονται γύρω από πλανήτες, τους πλανήτες σε τροχιά γύρω από αστέρια και τα αστέρια να περιφέρονται γύρω από τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες.
Αυτή η παραμόρφωση του χωροχρόνου έχει επίσης ένα άλλο ενδιαφέρον αποτέλεσμα. Όταν το φως περνάει από ένα αντικείμενο με ισχυρό φαινόμενο στημόνι, ένα αντικείμενο που θα ονομάζουμε τώρα «βαρυτικό φακό», η διαδρομή του φωτός κάμπτεται γύρω από το στημόνι του αντικειμένου. Η διαδρομή που ακολουθεί το φως εξαρτάται από το πόσο κοντά βρίσκεται στον βαρυτικό φακό.
Αυτό σημαίνει ότι το φως από το ίδιο αντικείμενο μπορεί να πάρει μονοπάτια καμπυλωμένα σε διαφορετικές μοίρες και με διαφορετικά μήκη. Επομένως, αυτό το φως μπορεί να φτάσει σε τηλεσκόπια όπως το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb σε διαφορετικές χρονικές στιγμές. Αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο ένα αντικείμενο φόντου με φακό μπορεί να εμφανίζεται “μουτζουρωμένο” σαν ζαχαροκάλαμα ή να εμφανίζεται σε πολλά σημεία στην ίδια εικόνα.
Αυτό συμβαίνει με το σουπερνόβα Hope σε αυτήν την εικόνα όταν το φως του περνά μέσα από τον βαρυτικό φακό G165.
«Ο φακός βαρύτητας είναι σημαντικός για αυτό το πείραμα», είπε ο Φράι «Ο φακός, ο οποίος αποτελείται από μια ομάδα γαλαξιών που βρίσκεται μεταξύ του σουπερνόβα και μας, λυγίζει το φως του σουπερνόβα σε πολλαπλές εικόνες. “Αυτό είναι παρόμοιο με το πώς ένας τριπλός καθρέφτης ματαιοδοξίας εμφανίζει τρεις διαφορετικές εικόνες ενός ατόμου που κάθεται μπροστά του.”
Ο ερευνητής στο Πανεπιστήμιο της Αριζόνα εξήγησε ότι το φαινόμενο εμφανίστηκε ακριβώς μπροστά στα μάτια της ομάδας στην εικόνα του G165 JWST, καθώς η εικόνα του κεντρικού σουπερνόβα εμφανίστηκε ανάποδα σε σχέση με τις άλλες δύο εικόνες.
«Για να ληφθούν τρεις εικόνες, το φως ταξίδεψε κατά μήκος τριών διαφορετικών μονοπατιών», συνέχισε ο Φράι «Δεδομένου ότι κάθε μονοπάτι έχει διαφορετικό μήκος και το φως κινείται με την ίδια ταχύτητα, το σουπερνόβα σε αυτήν την παρατήρηση JWST απεικονίστηκε σε τρεις διαφορετικούς χρόνους. εξερράγη». «Στην αναλογία του τριπλού καθρέφτη, σημειώθηκε μια χρονική καθυστέρηση όπου ο δεξιός καθρέφτης απεικόνιζε ένα άτομο να κρατάει μια χτένα, ο αριστερός καθρέφτης έδειχνε τα μαλλιά να χτενίζονται και ο μεσαίος καθρέφτης έδειχνε το άτομο που τοποθετούσε τη χτένα.
«Οι εικόνες του τριπλού σουπερνόβα είναι ιδιαίτερες Η χρονική καθυστέρηση, η απόσταση του σουπερνόβα και οι ιδιότητες του βαρυτικού φακού δίνουν μια τιμή στη σταθερά του Hubble.
Η ομάδα ακολούθησε το σουπερνόβα Hope χρησιμοποιώντας το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb καθώς και ορισμένα επίγεια όργανα, συμπεριλαμβανομένου του MMT 6,5 μέτρων στο όρος Hopkins και του Large Binocular Telescope στο Mount Graham, που βρίσκονται και τα δύο στην Αριζόνα.
Αυτό οδήγησε την ομάδα να επιβεβαιώσει ότι ο σουπερνόβα Hope στηρίζεται σε έναν γαλαξία φόντου πέρα από το σμήνος φακών G165. Το φως από την κοσμική έκρηξη ταξιδεύει στη Γη εδώ και 10,3 δισεκατομμύρια χρόνια, που σημαίνει ότι αυτός ο λευκός νάνος έσκασε την κορυφή του μόλις 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
«Ένα άλλο μέλος της ομάδας μέτρησε μια άλλη χρονική καθυστέρηση αναλύοντας την εξέλιξη του διάσπαρτου φωτός του στα συστατικά του χρώματα ή στο «φάσμα» από το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, επιβεβαιώνοντας τη φύση τύπου Ia του σουπερνόβα Hope», είπε ο Fry. «Το Hope Supernova είναι ένας από τους πιο μακρινούς σουπερνόβα τύπου Ia που έχουν παρατηρηθεί μέχρι σήμερα».
Παρόλο που υπάρχει στο πρώιμο Σύμπαν, η τιμή της σταθεράς Hubble που λήφθηκε μέσω των παρατηρήσεων του σουπερνόβα Hope φαίνεται να συμφωνεί με τις μετρήσεις άλλων τυπικών κεριών στο τοπικό Σύμπαν, και επομένως διαφωνεί με τις μετρήσεις άλλων αντικειμένων στο πρώιμο Σύμπαν.
«Τα αποτελέσματα της ομάδας μας είναι εντυπωσιακά», κατέληξε ο Φράι. “Η τιμή της σταθεράς Hubble ταιριάζει με άλλες μετρήσεις στο τοπικό Σύμπαν και είναι κάπως ασυνεπής με τις τιμές που αποκτήθηκαν όταν το Σύμπαν ήταν νέο. Οι παρατηρήσεις του JWST στον τρίτο κύκλο θα βελτιώσουν τις αβεβαιότητες, επιτρέποντας πιο ευαίσθητους περιορισμούς στη σταθερά Hubble.”
Η έρευνα της ομάδας υφίσταται αξιολόγηση από ομοτίμους πριν από τη δημοσίευση.
“Ερασιτέχνης διοργανωτής. Εξαιρετικά ταπεινός web maven. Ειδικός κοινωνικών μέσων Wannabe. Δημιουργός. Thinker.”