Cum ar fi să aveţi o „maşină a timpului” şi să vizionaţi pe un ecran TV o lună întreagă din istoria timpurie a universului ce se desfăşoară în timp real sub ochii dvs.? Iată scenariul prezentat de David Rubin de la departamentul Energie al Laboratorului Naţional Lawrence Berkeley.
Proiectul Supernova Cosmology Project găzduit de laboratorul Berkeley a folosit date de la telescopul spaţial Hubble pentru a găsi cea mai depărtată supernovă de tipul Ia descoperită vreodată.
Scenariul a fost prezentat la întâlnirea Societăţii Astronomilor Americani (AAS) din Long Beach, CA, atunci când a anunţat descoperirea unui remarcabil obiect astronomic, o supernovă de tipul Ia cu o deplasare spre roşu de 1,71, adică 10 miliarde de ani înapoi în timp. Denumită SN SCP-0401, supernova este excepţională în ceea ce priveşte liniile spectrale detaliate şi măsurătorile precise, fapt fără precedent pentru o supernovă atât de îndepărtată.
„Aceasta este cea mai depărtată supernovă descoperită vreodată, remarcabilă pentru cosmologie”, spune Rubin, un membru al proiectului internaţional Supernova Cosmology Project (SCP) cu sediul în Berkeley Lab. „Cea mai importantă întrebare legată de natura energiei întunecate şi la care nu s-a găsit încă un răspuns este dacă aceasta variază în timp – şi anume dacă energia întunecată afectează în mod diferit expansiunea Universului în diferite ere. SN SCP-0401 este primul exemplu de supernovă suficient de veche şi corect măsurată pentru a putea studia istoria expansiunii Universului începând cu aproape 10 miliarde de ani în urmă”.
Proiectul SCP este condus de astrofizicianul Saul Perlmutter, profesor al departamentului de fizică din cadrul laboratorului Berkeley Lab şi profesor de fizică la Universitatea din California, Berkeley. Perlmutter spune: „Imaginaţi-vă că vă jucaţi cu telecomanda unui televizor şi daţi peste ştirea care anunţă explozia unei stele – ca apoi să descoperiţi data evenimentului: 22 iulie 9.947.989.219 î.e.n.! La 9 august supernova atinge maximum de luminozitate după care începe să pălească, dar dvs. apucaţi să vedeţi întreg procesul – deşi înainte ca ştirea să poată fi vreodată difuzată de vreo televiziune ar fi necesară formarea sistemului solar, a planetei noastre şi evoluţia vieţii inteligente pe Pământ”.
Regiunile explorate live dispun de avantaje speciale. Majoritatea supernovelor cu o deplasare spre roşu mai mare de 1,5 au curbele de lumină incomplete sau irelevante pentru cosmologie, deoarece culorile nu pot fi măsurate cu acurateţe. În schimb „imaginara noastră maşină a timpului”, spune Perlmutter, „ne oferă suficiente date de mare rezoluţie ce ne permit să comparăm această supernovă foarte „bătrână” cu evenimente astronomice mult mai recente”.
Chiar dacă „maşina timpului” este imaginară, nu acelaşi lucru se poate spune despre detaliile de mare rezoluţie ale supernovei SN SCP-0401. Datele de analiză SCP pentru noua supernovă descoperită au apărut în revista „Astrophysical Journal” din 20 ianuarie 2013.
Majoritatea supernovelor încep prin colapsul miezului stelei, dar la o supernovă de tipul Ia - cel mai simplu model - procesul porneşte de la o pitică albă care „împrumută” masă de la steaua-companion, ca apoi să urmeze o titanică explozie termonucleară după ce steaua atinge masa critică. Deşi nu sunt identice, supernovele de tipul Ia sunt similare în ceea ce priveşte luminozitatea comparativ cu orice alt tip de supernovă, iar variabilitatea lor poate fi corectată cu precizie pentru comparaţii.
Din acest motiv ele reprezintă excelente „lumânări standard” pentru măsurarea distanţelor cosmice – cu cât sunt mai palide, cu atât sunt mai departe, iar distanţa la care se află poate fi măsurată cu mare precizie. În acelaşi timp, deplasarea spre roşu este o modalitate directă de măsură a extinderii universului de la momentul exploziei supernovei.
Măsurarea expansiunii universului se bazează pe compararea distanţelor şi a deplasării spre roşu a mai multor supernove de tipul Ia pentru o lungă perioadă de timp; în acest fel a fost descoperită expansiunea accelerată propulsată de energia întunecată, descoperire realizată independent de către două echipe de cercetători şi anunțată în anul 1998. Pentru această descoperire Saul Perlmutter a primit în anul 2011 premiul Nobel pentru fizică laolaltă cu Brian Schmidt şi Adam Riess de la echipa rivală, High-Z Supernova Search Team.
Noua supernovă anunțată de Rubin la întâlnirea AAS a fost observată pentru prima dată în anul 2004 în cadrul unui proiect de cercetare condus de Supernova Cosmology Project, proiect ce folosea date de la telescopul spaţial Hubble, parte a unei secvenţe de planificare în care cele două echipe au împărtăşit scanări alternative ale cerului.
„Căutam supernove atât de îndepărtate, încât nu puteau fi observate fără telescopul spaţial Hubble, nu numai pentru a le putea identifica, ci şi pentru a le putea deosebi de galaxiile din care făceau parte în speranţa de a obţine linii spectrale cât mai clare”, spune Rob Knop de la Quest University Canada, care a condus proiectul SCP în anul 2004 şi a editat software-ul pentru identificarea posibililor candidaţi. Urmând tradiţia SCP de a denumi posibilii candidaţi folosind nume de muzicieni, Knop şi colega sa Rachel Gibbons, ambii pe atunci la Vanderbilt University, au botezat noul concurent „Mingus” după numele compozitorul de jazz.
Un ac în carul cu fân departe, foarte departe
Mingus este atât de departe încât e aproape invizibil; este ca şi cum ai vrea să urmăreşti zborul unui licurici pe întreaga suprafaţă a SUA. În plus are culoare roşie – posibil culoarea sa naturală, dar cauza mult mai probabilă ar fi deplasarea mare spre roşu; răspunsul sigur ar putea fi obţinut numai cu linii spectrale acurate.
Spectrele iniţiale au fost capturate de către Advanced Camera for Surveys (ACS), cameră instalată pe telescopul spaţial Hubble şi echipată cu o prismă cu grilă de difracţie ce colectează lumină atât de la obiectul ţintă, cât şi de la obiectele din vecinătate.
„Datele colectate de prisma ACS indică o supernovă de tipul Ia cu o deplasare spre roşu de 1.7 – foarte departe şi foarte bătrână – dar ACS nu a putut stabili şi caracteristicile spectrale care să confirme acest lucru”, spune Andrew Fruchter de la Space Telescope Science Institute şi membru SCP.
Problema a fost rezolvată în anul 2009, atunci când pe telescopul spaţial Hubble a fost instalată o cameră echipată cu o altă prismă cu grilă de difracţie - Wide Field Camera 3 (WFC3). Când David Rubin a analizat datele el a realizat că WFC3 a reuşit din fericire să capteze întrucâtva spectrul galaxiei gazdă pentru supernova Mingus.
Fructher spune: „Folosind noile date de la WFC3 am putut stabili deplasarea spre roşu la 1.713 – un rezultat apropiat de estimarea iniţială făcută pentru Mingus. El adaugă: „Fiecare instrument nou instalat pe telescopul spaţial Hubble a dus la alte descoperiri. Este fascinant faptul că Hubble continuă să facă noi descoperiri chiar şi acum când se află în construcţie următorul model de telescop”.
Pentru a adeveri faptul că supernova Mingus este într-adevăr una de tipul Ia, Rubin a realizat un model spectral ce i-a permis să compare liniile spectrale ale acestuia cu datele publicate pentru alte supernove de tipul Ia, precum şi cu cele ale supernovelor cu colaps al miezului stelei, aşa cum ar apărea aceste obiecte la o deplasare spre roşu de 1.713. Spectrul cel mai apropiat de tipul Ia s-a potrivit aproape perfect cu spectrul lui Mingus. Fiindcă modelul spectral Rubin indica o probabilitate de peste 90% – o valoare aproximativă pe atunci – Mingus a fost catalogat drept supernovă de tipul Ia, iar odată cu clasificarea a primit şi un nume mai oficial: SCP-0401.
„Pentru a compara diferite supernove de tipul Ia trebuie să facem să corespundă formele curbei de lumină – timpul de care are nevoie o supernovă pentru a ajunge la luminozitatea maximă şi timpul în care luminozitatea scade”, spune Rubin. „De asemenea pentru a clasifica o supernovă trebuie să comparăm strălucirea diferitelor culori în cadrul acestui proces”.
Perlmutter atrage atenţia asupra faptului că o asemenea clasificare „ar fi ca şi cum ai încerca să găseşti o anumită nuanţă de vopsea atunci când ai la dispoziţie o paletă de mii de culori, poate chiar mai mult”. În cazul nostru clasificarea presupune găsirea nuanţei exacte de roşu. ACS, Near Infrared Camera şi Multi-Object Spectrometer (NICMOS), toate echipamente instalate pe Hubble, au măsurat luminozitatea aparentă a SCP-0401 în diferite culori de-a lungul timpului.
Imaginea cosmologică a supernovei SCP-0401, un singur punct distant în spaţiu, ajută la optimizarea măsurătorilor legate de posibila variaţie în timp a energiei întunecate. Acesta este primul pas spre măsurători de mare precizie, care presupun observarea mai multor supernove de tipul Ia, la fel de vechi ca şi SCP-0401.
Rubin spune: „Hubble este soluţia noastră optimă pentru a descoperi şi măsura supernove aflate la distanţe similare. Din fericire Hubble mai are de trăit câţiva ani buni”.
Articolul tradus după interactions.org de Brânduşa Băcilă
