Откриването на тъмната енергия, мистериозна сила, която ускорява разширяването на Вселената, се основаваше на наблюдения на свръхнови тип 1а и тези звездни експлозии отдавна се използват като „стандартни свещи“ за измерване на разширяването. Ново проучване разкрива източници на променливост в тези свръхнови и за да изследват точно природата на тъмната енергия и да определят дали тя е постоянна или променлива във времето, учените ще трябва да намерят начин да измерват космическите разстояния с много по-голяма точност, отколкото имат в миналото.
„Като започнем следващото поколение експерименти с космологията, ще искаме да използваме свръхнове тип 1а като много чувствителни мерки за разстояние“, казва водещият автор Даниел Касен от проучване, публикувано в Nature тази седмица. „Знаем, че те не са еднаква яркост и имаме начини за коригиране на това, но трябва да знаем дали има системни разлики, които биха сместили измерванията на разстоянието. Така че това проучване изследва какво причинява тези различия в яркостта. "
Касен и неговите съавтори - Фриц Рьопке от Института за астрофизика Макс Планк в Гарчинг, Германия, и Стан Вузли, професор по астрономия и астрофизика в UC Santa Cruz, използваха суперкомпютри, за да пускат десетки симулации на свръхновите тип 1a. Резултатите показват, че голяма част от многообразието, наблюдавано в тези свръхнови, се дължи на хаотичния характер на процесите и произтичащата от това асиметрия на експлозиите.
В по-голямата си част тази променливост не би довела до систематични грешки в измервателните проучвания, стига изследователите да използват голям брой наблюдения и да прилагат стандартните корекции, каза Касен. Проучването откри малък, но потенциално притеснителен ефект, който може да се получи от систематични различия в химичните състави на звездите в различни периоди от историята на Вселената. Но изследователите могат да използват компютърните модели, за да характеризират допълнително този ефект и да разработят корекции за него.
Супернова тип 1а се появява, когато бяла звезда-джудже придобива допълнителна маса, като пресипва материя далеч от другарска звезда. Когато достигне критична маса - 1,4 пъти по-голяма от масата на Слънцето, натъпкана в обект с размера на Земята - топлината и налягането в центъра на звездата предизвикват реакция на ядрен синтез на бягство и бялото джудже избухва. Тъй като първоначалните условия са приблизително еднакви във всички случаи, тези свръхнови са склонни да имат еднаква светимост и техните „светлинни криви“ (как светимостта се променя с течение на времето) са предвидими.
Някои от тях са присъщи по-ярки от други, но те избликват и избледняват по-бавно и тази връзка между яркостта и ширината на светлинната крива позволява на астрономите да прилагат корекция, за да стандартизират своите наблюдения. Така астрономите могат да измерят светлинната крива на свръхнова тип 1a, да изчислят нейната вътрешна яркост и след това да определят колко далеч е тя, тъй като видимата яркост намалява с разстояние (точно както свещта изглежда по-тъмна на разстояние, отколкото в близост) ,
Компютърните модели, използвани за симулиране на тези свръхнови в новото проучване, се основават на настоящото теоретично разбиране за това как и къде започва процесът на запалване вътре в бялото джудже и къде прави прехода от бавно горене към горене към експлозия.
Симулациите показаха, че асиметрията на експлозиите е ключов фактор, определящ яркостта на свръхновите тип 1а. „Причината тези свръхнови да не са еднакви по яркост е тясно свързана с това нарушаване на сферичната симетрия“, каза Касен.
Доминиращият източник на променливост е синтезът на нови елементи по време на експлозиите, който е чувствителен към различията в геометрията на първите искри, които запалват термоядрено бягство в симулиращото ядро на бялото джудже. Никел-56 е особено важен, тъй като радиоактивният разпад на този нестабилен изотоп създава последващото сияние, което астрономите са в състояние да наблюдават месеци или дори години след експлозията.
„Разпадът на никел-56 е това, което засилва кривата на светлината. Експлозията приключи за няколко секунди, така че това, което виждаме, е резултат от това как никелът загрява отломките и как отломките излъчват светлина “, каза Касен.
Касен разработи компютърния код, за да симулира този процес на радиационно прехвърляне, използвайки изход от симулираните експлозии, за да произведе визуализации, които могат да бъдат сравнени директно с астрономически наблюдения на свръхнови.
Добрата новина е, че променливостта, наблюдавана в компютърните модели, е в съответствие с наблюденията на свръхновите тип 1а. „Най-важното е, че ширината и пиковата светимост на светлинната крива са свързани по начин, който съответства на това, което наблюдателите са открили. Така че моделите са в съответствие с наблюденията, на които се основаваше откриването на тъмната енергия “, каза Уосли.
Друг източник на променливост е, че тези асиметрични експлозии изглеждат различно, когато се гледат под различни ъгли. Това може да обясни разликите в яркостта до 20 процента, каза Касен, но ефектът е случаен и създава разсейване в измерванията, които могат да бъдат статистически намалени чрез наблюдение на голям брой свръхнови.
Потенциалът за систематични пристрастия идва преди всичко от промяна в първоначалния химичен състав на бялата джудже звезда. По-тежките елементи се синтезират по време на експлозии на свръхнови, а остатъците от тези експлозии са включени в нови звезди. В резултат на това звездите, образувани наскоро, вероятно съдържат по-тежки елементи (по-висока „металност“, в терминологията на астрономите), отколкото звезди, образувани в далечното минало.
„Това е видът, който очакваме да се развива с течение на времето, така че ако погледнете далечни звезди, съответстващи на много по-ранни времена в историята на Вселената, те биха имали по-ниска металност“, каза Касен. „Когато изчислихме ефекта от това в нашите модели, открихме, че получените грешки при измерванията на разстояния ще бъдат от порядъка на 2 процента или по-малко.“
По-нататъшните проучвания, използващи компютърни симулации, ще позволят на изследователите да опишат по-подробно ефектите на такива варианти и да ограничат тяхното въздействие върху бъдещи експерименти с тъмна енергия, което може да изисква ниво на точност, което би направило грешки от 2 процента неприемливи.
Източник: EurekAlert
