„Soczewkowa” supernowa może rzucić światło na fundamentalne siły kształtujące wszechświat – Ars Technica

Astronomowie wykryli nieznaną wcześniej eksplozję supernowej oddalonej o ponad 4 miliardy lat świetlnych za pomocą rzadkiego zjawiska zwanego „soczewkowaniem grawitacyjnym”, które działa jak rodzaj kosmicznego szkła powiększającego. Opisują swoje odkrycie i jego potencjalne implikacje w nowym artykule opublikowanym w czasopiśmie Nature Astronomy. Ariel Jobar współautor, reżyser Centrum Oskara Kleina na Uniwersytecie Sztokholmskim, opisane Odkrycie jako „ważny krok naprzód w naszym dążeniu do zrozumienia fundamentalnych sił, które kształtują nasz wszechświat”.

Soczewkowanie grawitacyjne jest bezpośrednią konsekwencją ogólnej teorii względności: zbiorowość zakrzywia i zakrzywia czasoprzestrzeń, a światło musi podążać za tym zakrzywieniem. Zjawisko to może tworzyć rzadkie efekty, takie jak „Pierścień Einsteina„Lub”Krzyż Einsteina. Zasadniczo zniekształcenie czasoprzestrzeni spowodowane przez masywny obiekt (taki jak galaktyka) działa jak soczewka powiększająca obiekt tła. Ponieważ nie są to soczewki o doskonałej jakości optycznej, często występują pewne zniekształcenia i nierówności. To powoduje, że światło z obiektu tła przechodzi na Ziemię różnymi ścieżkami, a zatem pojedynczy obiekt może pojawić się w kilku różnych miejscach rozmieszczonych wokół soczewki.

Soczewkowanie grawitacyjne pomaga astronomom dostrzec ciała niebieskie, które mogą być zbyt słabe lub poza zasięgiem wzroku, takie jak odległa supernowa, co może prowadzić do innych interesujących pytań. Na przykład w zeszłym roku astronomowie przeanalizowali zdjęcie z Hubble’a z 2010 roku, na którym uchwycono supernową. Z powodu soczewkowania grawitacyjnego pojedyncze zdarzenie pojawiło się w trzech różnych miejscach w polu widzenia Hubble’a. Dzięki osobliwościom działania obiektywu i temu, że światło porusza się ze skończoną prędkością, wszystkie trzy lokalizacje zostały sfilmowane inaczej czasy Po tym, jak gwiazda eksplodowała, umożliwiając naukowcom za kawałek razem Ślad czasu, który podążał za supernową, chociaż obserwowano go ponad dekadę temu.

Ten najnowszy artykuł skupia się na nowo odkrytej supernowej o nazwie SN Zwicky, odkrytej w Obiekt tranzytowy Zwicky (ZTF). ZTF to zrobotyzowana kamera podłączona do 70-letniego Teleskopu Samuela Oschina w Obserwatorium Palomar w hrabstwie San Diego. ZTF prowadzi zautomatyzowane przeglądy nocnego nieba, szukając obiektów, które eksplodują lub różnią się jasnością: na przykład supernowe, gwiazdy zderzane z czarnymi dziurami, asteroidy i komety. Skanuje całe niebo przez trzy noce i widoczną płaszczyznę galaktyki dwa razy każdej nocy.

Astronomowie szybko uznali obiekt za interesujący, ponieważ był on niezwykle jasny. Następnie polegali na narzędziach optyki adaptacyjnej na trzech innych teleskopach – Obserwatorium W.M. Kecka, Bardzo Dużym Teleskopie i Kosmicznym Teleskopie Hubble’a – aby pokazać cztery obrazy obiektu z różnych miejsc na niebie. Potwierdziło to, że niezwykła jasność supernowej była wynikiem soczewkowania grawitacyjnego.

„SN Zwicky jest nie tylko powiększana przez soczewkowanie grawitacyjne, ale należy również do klasy supernowych, które nazywamy„ świecami standardowymi ”, ponieważ możemy wykorzystać ich dobrze znaną jasność do określenia odległości w przestrzeni” powiedział współautor Igor AndreoniJest pracownikiem naukowym ze stopniem doktora na Uniwersytecie Maryland oraz w Goddard Space Flight Center należącym do NASA. „Kiedy źródło światła jest daleko, światło jest przyćmione – tak jakbyśmy widzieli świece w ciemnym pokoju. Możemy w ten sposób porównać dwa źródła światła i uzyskać niezależną miarę odległości bez konieczności faktycznego badania samej galaktyki.”

SN Zwicky i podobne supernowe mogą pewnego dnia pomóc naukowcom w rozwiązaniu toczących się kontrowersji wokół Stała Hubble’aJest miarą tego, jak szybko wszechświat się rozszerza. Jak wspomniano wcześniej, zmierzyliśmy to, korzystając z informacji o kosmicznym mikrofalowym tle i uzyskaliśmy pojedynczą wartość. Zmierzyliśmy to za pomocą pozornej odległości obiektów w obecnym wszechświecie i otrzymaliśmy wartość, która różniła się o około 10 procent. O ile ktokolwiek może stwierdzić, nie ma nic złego w żadnym z pomiarów i nie ma oczywistego sposobu, aby skłonić ich do zgody. Jednak zaledwie w zeszłym miesiącu naukowcom udało się dokonać trzeciego niezależnego pomiaru rozszerzania się Wszechświata, śledząc zachowanie soczewkowanej grawitacyjnie supernowej zidentyfikowanej w 2014 r. Teraz nazywa się SN Refsdalna cześć astronoma, który jako pierwszy zaproponował wykorzystanie eksplozji soczewkowych do dokonywania pomiarów.

Kiedy po raz pierwszy ją odkryto, soczewka wykonała cztery obrazy supernowej. Ale później pojawiła się piąta, a na to opóźnienie czasowe wpłynęło rozszerzanie się wszechświata – stąd stała Hubble’a. Najlepsze dopasowanie dla nowych modeli okazało się nieco mniejsze niż wartość stałej Hubble’a wyprowadzona z kosmicznego mikrofalowego tła, z różnicą mieszczącą się w granicach błędu statystycznego. Wartości bliższe tym uzyskanym z pomiarów innych supernowych lepiej pasowały do ​​danych, chociaż zespół ostrożnie powiedział, że nie oznacza to, że powinniśmy wykluczyć wyższą wartość.

Soczewkowanie supernowych może być również obiecującym narzędziem do badania ciemnej energii i ciemnej materii. Przykład: w kwietniu naukowcy twierdził, że Istnieją cechy soczewkowania grawitacyjnego, które można lepiej wyjaśnić właściwościami podobnymi do aksonów, w przeciwieństwie do od dawna ulubionych i wciąż nieuchwytnych WIMP (Weakly Interacting Massive Particles). Aksjony są znacznie lżejsze niż WIMP, ale mają inne właściwości zgodne z ciemną materią. Analiza z kwietnia prawdopodobnie sprawia, że ​​aksjony są znacznie lżejsze niż neutrina. (Warto zauważyć, że autorzy do tej pory wyrażali ostrożność co do dowodów potwierdzających ich hipotezę).

W skrócie: „To odkrycie toruje drogę do znalezienia większej liczby tych rzadkich soczewkowatych supernowych w przyszłych dużych przeglądach, które pomogą nam badać przejściowe zdarzenia astronomiczne, takie jak supernowe i rozbłyski promieniowania gamma” – powiedział Andreone. „Z niecierpliwością czekamy na bardziej nieoczekiwane odkrycia za pomocą niecelowych przeglądów szerokiego nieba, takich jak ten, który pomógł nam zidentyfikować SN Zwicky”.

DOI: Astronomia przyrody, 2023. 10.1038 / s41550-023-01981-3 (o DOI).