Wykorzystując sztuczną inteligencję i dane z przełomowego Obserwatorium Very C. Rubin, naukowcy ponownie rozważają naszą wiedzę na temat „standardowych świec” w kosmosie. Są to obiekty powstałe w wyniku eksplozji wywołanych przez martwe gwiazdy, które zachowują się jak kanibale – i pomagają nam mierzyć odległości we wszechświecie.
Te standardowe świece nazywane są również typem 1a supernowea ich rola w pomiarze odległości jest integralną częścią pomiaru tempa rozszerzania się Wszechświata. Oznacza to, że są one również integralną częścią naszego zrozumienia tego, jak przebiega ta ekspansja przyspieszanie ze względu na efekt ciemna energiatajemnicza siła pomagająca rozpychać nasz kosmos we wszystkich kierunkach.
Podejście zespołu badawczego do badania supernowych typu 1a obejmuje tak zwane ramy połączonego wnioskowania i standaryzacji związanej z galaktykami (CIGaRS). Różni się od bardziej standardowego podejścia tym, że zamiast wykorzystywać obserwacje spektroskopowe – które skupiają się na analizie sygnatur świetlnych – skupia się na rzeczywistych obrazach i analizie matematycznej. Zespół wyjaśnia, że takie podejście pozwala astronomom dokładniej określić wiek i stężenie ciężkich pierwiastków – w astronomii zwanych łącznie „metalami” – w gwiazdach eksplodujących w postaci supernowych typu 1a. Jest to ważne, ponieważ pozwala dokładniej określić odległości gwiazd.
„Skutecznym sposobem modelowania wszechświata jest jego symulacja komputerowa” – powiedział w swoim badaniu członek zespołu badawczego Raúl Jiménez z Uniwersytetu w Barcelonie. oświadczenie. „Dzięki temu można jednocześnie zmieniać wszystkie możliwe parametry i przewidywać, w jakim wszechświecie żyjemy.
„Co więcej, dzięki tej zdolności można przyjrzeć się możliwym systematykom „nieznanych nieznanych”, aby zrozumieć ich wpływ. Wpływ tej systematyki na nasze wnioski jest prawdopodobnie najważniejszym brakującym składnikiem w obecnych podejściach do modelowania wszechświata”.
Podsumowanie problemu ciemnej energii i gwiazd kanibali
Nasze odkrycie ciemnej energii rozpoczęło się wraz ze śmiercią gwiazd o rozmiarach podobnych do Słońca i ich przemianą w tlący się żar gwiazdowy, zwany białe karły. The słoneczny zakończy swoje życie jako biały karzeł za około 6 miliardów lat, znikając samotnie na kosmicznym cmentarzu, który był kiedyś naszym układ słoneczny. Jednakże, gdy gwiazdy mają partnera podwójnego, białe karły mogą powrócić do życia niczym kosmiczne wampiry, usuwając materię z gwiazd towarzyszących.
Ten gwiezdny kanibalizm kończy się niekontrolowanym wybuchem nuklearnym, który zwykle całkowicie niszczy białego karła: supernową typu 1a.
Jednak oto piękno zniszczenia. Uznano, że eksplozje supernowych typu 1a mają tak jednolity charakter (więcej o tym za chwilę), że analiza ich strumienia świetlnego pozwala naukowcom określić, jak daleko się znajdują i jak szybko się poruszają ze względu na ekspansję kosmosu.
W 1998 roku dwa zespoły astronomów niezależnie wykorzystały supernowe typu 1a do odkrycia, że Wszechświat nie tylko się rozszerza, ale robi to w coraz szybszym tempie. Zastępczą nazwą siły napędzającej to przyspieszenie jest ciemna energia.
Od końca lat 90. sytuacja staje się coraz bardziej skomplikowana. Na przykład wiemy teraz, że ciemna energia, czymkolwiek by nie była, dominuje w kosmosie, stanowiąc około 68% budżetu materii i energii Wszechświata. Ponadto wiemy, że ciemna energia zaczęła dominować około 4 miliardów lat temu, kiedy Wszechświat miał około 9 miliardów lat i kiedy Wielki Wybuch-napędzana ekspansja została zatrzymana przez materię i jej efekt grawitacyjny.
Aby zrozumieć, dlaczego jest to niepokojące, rozważ następującą kwestię: wyobraźcie sobie pchanie dziecka na huśtawce, obserwowanie, jak zwalnia i niemal całkowicie się zatrzymuje, jak w przypadku rozszerzenia napędzanego Wielkim Wybuchem. Następnie huśtawka przyspiesza i porusza się coraz szybciej, sprawiając wrażenie, jakby poruszała się bez żadnego pchnięcia. Oto, co ciemna energia robi ze wszechświatem.
Nic więc dziwnego, że naukowcy tacy jak Jiménez i współpracownicy chcą dotrzeć do sedna ciemnej energii. Zagadka ta jest powszechnie uważana za największą zagadkę współczesnej kosmologii.
Ale o to chodzi: pamiętasz, że supernowe typu 1a wydają się identyczne? Naukowcy odkryli niedawno, że tak nie jest zawsze brzmi całkiem prawdziwie.
Świece nietypowe?
W ciągu ostatnich 20 lat astronomowie odkryli, że jasność supernowych typu 1a w niewielkim stopniu zależy od środowiska galaktycznego, w którym wybuchają. Kiedy te eksplozje wybuchają w dużych lub starych galaktykach, wyglądają nieco inaczej niż te w mniejszych lub młodszych galaktyki.
Chociaż efekt ten został rozwiązany poprzez wprowadzenie przybliżeń, nadal utrudnia on precyzję pomiarów odległości zapewnianych przez te kataklizmiczne świece standardowe. Zespół ten podszedł do tego problemu, modelując wszystkie czynniki związane z supernowymi, w tym naturę galaktyk macierzystych, pył, który może osłabiać ich strumień świetlny, częstotliwość tych eksplozji w czasie i, w istocie, ekspansję Wszechświata – wszystko na raz. W rezultacie powstał pojedynczy, spójny model łączący elementy fizycznie i statystycznie. Zespół był także w stanie jednocześnie modelować dziesiątki tysięcy supernowych typu 1a.
W rezultacie powstała metoda, która pozwala bardzo dokładnie oszacować odległości galaktyk na podstawie samych obrazów. Będzie to miało kluczowe znaczenie, gdy badanie Legacy Survey of Space and Time (LSST) przeprowadzone przez Obserwatorium Rubina ze swojego szczytu góry w Chile zaczyna dostarczać obserwacji bezprecedensowej liczby supernowych. Coś, do czego platforma CIGaRS jest wyjątkowo przygotowana.
„W odróżnieniu od innych struktur, które wymagają analitycznych uproszczeń, nasze bezkompromisowe, kompleksowe podejście do wnioskowania oparte na symulacji pozwala w wyjątkowy sposób wydobyć pełne informacje kosmologiczne i astrofizyczne z ciężko zdobytych danych z Obserwatorium Rubina, unikając jednocześnie pułapek związanych z selekcją i błędami w modelowaniu” – stwierdził w oświadczeniu kierownik zespołu Konstantin Karchev z Uniwersytetu w Barcelonie.
Wyniki opublikowano w środę (6 maja) w czasopiśmie Astronomia Przyrodnicza.
