גילוי האנרגיה האפלה, כוח מסתורי המאיץ את התפשטות היקום, התבסס על תצפיות של סופרנובות מסוג 1a, והפיצוצים הכוכבים הללו שימשו זה מכבר כ"נרות סטנדרטיים "למדידת ההתפשטות. מחקר חדש חושף מקורות להשתנות בסופרנובות אלה, וכדי לחקור במדויק את טיב האנרגיה האפלה ולקבוע אם היא קבועה או משתנה לאורך זמן, המדענים יצטרכו למצוא דרך למדוד מרחקים קוסמיים בדיוק רב הרבה יותר ממה שיש להם העבר.
"כשנתחיל את הדור הבא של ניסויי קוסמולוגיה, נרצה להשתמש בסופרנובות מסוג 1a כמדדים רגישים מאוד למרחק", אמר הסופר הראשי דניאל קאסן, ממחקר שפורסם ב- Nature השבוע. "אנו יודעים שהם לא כולם בהירות זהה, ויש לנו דרכים לתקן את זה, אבל עלינו לדעת אם יש הבדלים שיטתיים שיוכלו להטות את מדידות המרחק. אז המחקר הזה בדק מה גורם להבדלי בהירות. "
קאסן וחבריו הקאוטורים - פריץ רופקה ממכון מקס פלאנק לאסטרופיסיקה בגארצ'ינג, גרמניה, וסטן וווסלי, פרופסור לאסטרונומיה ואסטרופיסיקה ב- UC סנטה קרוז - השתמשו במחשבי-על להפעלת עשרות הדמיות מסוג סופרנובות מסוג 1a. מהתוצאות עולה כי חלק גדול מהמגוון שנצפה בסופרנובות אלה נובע מהאופי הכאוטי של התהליכים המעורבים והאסימטריה המתקבלת של הפיצוצים.
על פי רוב, שונות זו לא תביא לטעויות שיטתיות במחקרי מדידה כל עוד החוקרים משתמשים בכמויות גדולות של תצפיות ומיישמות את התיקונים הסטנדרטיים, אמר קאסן. המחקר מצא אפקט קטן אך עשוי להיות מדאיג שעלול לנבוע מהבדלים שיטתיים בהרכבים הכימיים של כוכבים בתקופות שונות בתולדות היקום. אולם החוקרים יכולים להשתמש במודלים הממוחשבים כדי לאפיין עוד יותר את האפקט הזה ולפתח תיקונים עבורו.
סופרנובה מסוג 1a מתרחשת כאשר כוכב גמדי לבן רוכש מסה נוספת על ידי סינון חומר הרחק מכוכב לוויה. כאשר הוא מגיע למסה קריטית - פי 1.4 ממסת השמש, ארוזה לעצם בגודל כדור הארץ - החום והלחץ במרכז הכוכב מעוררים תגובת היתוך גרעיני בורחת, והגמד הלבן מתפוצץ. מכיוון שהתנאים הראשוניים דומים בכל המקרים, supernovae אלה נוטים לאותם בהירות, ו"עקומת האור "שלהם (כיצד משתנה הזוהר לאורך זמן) ניתנת לחיזוי.
חלקם בהירים במהותם מאחרים, אך אלה מתלקחים ומתפוגגים לאט יותר, ומתאם זה בין הבהירות לרוחב עקומת האור מאפשר לאסטרונומים ליישם תיקון כדי לתקן את תצפיותיהם. אז אסטרונומים יכולים למדוד את עקומת האור של סופרנובה מסוג 1a, לחשב את הבהירות המהותית שלה ואז לקבוע כמה הוא רחוק מכיוון שהבהירות לכאורה פוחתת עם המרחק (כשם שנר נראה עמום יותר מאשר הוא מתקרב) .
דגמי המחשבים ששימשו להדמת סופרנובות אלה במחקר החדש מבוססים על הבנה עיונית עכשווית כיצד והיכן מתחיל תהליך ההתנעה בתוך הגמד הלבן והיכן הוא עושה את המעבר מעירה בעירה איטית לפיצוץ נפץ.
ההדמיות הראו כי הא-סימטריה של הפיצוצים היא גורם מפתח הקובע את בהירותם של סופרנובות מסוג 1a. "הסיבה שהסופרנובות האלה לא כולן בהירות זו קשורה קשר הדוק לשבירה זו של הסימטריה הכדורית," אמר קאסן.
המקור הדומיננטי לשונות הוא סינתזה של יסודות חדשים במהלך הפיצוצים, הרגישים להבדלים בגיאומטריה של הניצוצות הראשונים שמציתים בורח תרמי גרעיני בליבתו המבעבע של הגמד הלבן. ניקל -56 חשוב במיוחד מכיוון שהתפרקות רדיואקטיבית של איזוטופ לא יציב זה יוצרת את הזריחה שאסטרונומים מסוגלים לצפות במשך חודשים ואף שנים לאחר הפיצוץ.
"ריקבון ניקל 56 הוא זה שמפעיל את עקומת האור. הפיצוץ נגמר תוך שניות, ולכן מה שאנחנו רואים הוא התוצאה של האופן בו הניקל מחמם את הפסולת ואיך הפסולת מקרינה אור, "אמר קאסן.
קאסן פיתח את קוד המחשב כדי לדמות תהליך העברה קרינתי זה, תוך שימוש בפלט מהפיצוצים המדומים כדי לייצר הדמיות שניתן להשוות ישירות לתצפיות אסטרונומיות של סופרנובות.
החדשות הטובות הן שהשונות שנראית במודלי המחשב מסכימה עם תצפיות של סופרנובות מסוג 1a. והכי חשוב, הרוחב והבהירות הגבוהה של עקומת האור מתואמים באופן שמסכים עם מה שהצופים מצאו. כך שהמודלים עולים בקנה אחד עם התצפיות עליהן התבססה גילוי האנרגיה האפלה, "אמר וווסלי.
מקור נוסף לשונות הוא שהפיצוצים הא-סימטריים הללו נראים אחרת כשמציגים אותם בזוויות שונות. זה יכול להסביר הבדלים בהירות של עד 20 אחוז, אמר קאסן, אך ההשפעה היא אקראית ויוצרת פיזור במדידות שניתן להפחית סטטיסטית על ידי התבוננות במספרים גדולים של סופרנובות.
הפוטנציאל להטיה שיטתית נובע בעיקר משונות בהרכב הכימי הראשוני של כוכב הגמד הלבן. אלמנטים כבדים יותר מסונתזים במהלך פיצוצים בסופרנובה, ופסולת מאותם פיצוצים משולבת בכוכבים חדשים. כתוצאה מכך, כוכבים שנוצרו לאחרונה עשויים להכיל יסודות כבדים יותר ("מתכות" גבוהה יותר במונחים של אסטרונומים) מאשר כוכבים שנוצרו בעבר הרחוק.
"זה מסוג הדברים שאנו מצפים להתפתח עם הזמן, כך שאם אתה מסתכל על כוכבים רחוקים המתאימים לתקופות הרבה יותר מוקדמות בתולדות היקום, הם נוטים לקבל מתכות נמוכה יותר," אמר קאסן. "כשחישבנו את ההשפעה של זה במודלים שלנו, גילינו שהטעויות שהתקבלו במדידות המרחק יהיו בסדר גודל של 2 אחוזים ומטה."
מחקרים נוספים המשתמשים בסימולציות מחשב יאפשרו לחוקרים לאפיין את ההשפעות של וריאציות כאלה ביתר פירוט ולהגביל את השפעתם על ניסויים עתידיים באנרגיה כהה, אשר עשויים לדרוש רמת דיוק אשר תהפוך טעויות של 2 אחוזים לבלתי מקובלות.
מקור: EurekAlert
