Η μελέτη 3 χιλιάδων σουπερνόβα αποκαλύπτει άγνωστα στοιχεία για τη μυστηριώδη σκοτεινή ενέργεια
Ένας κατάλογος με σχεδόν 3.000 λευκούς νάνους που εξερράγησαν ως σουπερνόβα τύπου Ia, αφού «υπερσιτίστηκαν» με ύλη από συνοδούς αστέρες, δείχνει ότι η σκοτεινή ενέργεια — η μυστηριώδης δύναμη που επιταχύνει τη διαστολή του Σύμπαντος — μεταβάλλεται με την πάροδο του χρόνου.
Η ανακάλυψη σε συνδυασμό με δεδομένα από τo πρόγραμμα χαρτογράφησης του Σύμπαντος Dark Energy Survey (DES), ενισχύει τα αποτελέσματα που δημοσιεύθηκαν το 2024 από το όργανο Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) και υπέδειξαν ότι η επίδραση της σκοτεινής ενέργειας εξασθενεί.
Αυτό σημαίνει ότι η έρευνα της ομάδας δεν αφορά απλώς τον πιο ολοκληρωμένο κατάλογο υπερκαινοφανών τύπου Ia που έχει δημιουργηθεί μέχρι σήμερα αλλά παρουσιάζει επίσης την πιο σαφή εικόνα που έχουμε μέχρι τώρα για την εξέλιξη του Σύμπαντος και την επίδραση της σκοτεινής ενέργειας.
«Ανασυνθέσαμε τρεις δεκαετίες αστρονομικών παρατηρήσεων σε ένα ενιαίο, συνεκτικό πλαίσιο. Συνδυάσαμε τα δεδομένα μας με άλλες κοσμικές μετρήσεις, συμπεριλαμβανομένου του υπολειμματικού φωτός από τη Μεγάλη Έκρηξη και χαρτών που δείχνουν πώς κατανέμονται οι γαλαξίες στον χώρο. Αντί να επιβεβαιώνουμε το καθιερωμένο μοντέλο της κοσμολογίας, το οποίο θεωρεί ότι η σκοτεινή ενέργεια είναι σταθερή και αμετάβλητη, έχουμε περισσότερες ενδείξεις ότι η σκοτεινή ενέργεια μπορεί να μεταβάλλεται με την πάροδο του χρόνου» αναφέρει ο Ράϊαν Καμιλέρι μέλος της ερευνητικής ομάδας από το Πανεπιστήμιο του Κουίνσλαντ.
Πώς μας πληροφορούν οι εκρήξεις λευκών νάνων για τη σκοτεινή ενέργεια;
Οι λευκοί νάνοι είναι τα κατάλοιπα άστρων που σιγοκαίνε, τα οποία απομένουν όταν άστρα με μάζα περίπου ίση με αυτή του Ήλιου εξαντλήσουν τα καύσιμα της πυρηνικής σύντηξης στον πυρήνα τους.
Αυτό σταματά την εξωτερική πίεση που συγκρατεί ένα άστρο απέναντι στη δική του βαρύτητα. Ως αποτέλεσμα ο πυρήνας του καταρρέει, ενώ τα εξωτερικά στρώματα αποβάλλονται. Ο πυρήνας μετατρέπεται σε λευκό νάνο και, στην περίπτωση ενός μεμονωμένου άστρου, εκεί τελειώνει η ιστορία του.
Ωστόσο περίπου το 50% των άστρων με μέγεθος παρόμοιο με τον Ήλιο έχει έναν συνοδό αστέρα γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε νέα δραστηριότητα και να αλλάξει την τελική μοίρα του άστρου.
Εάν ο λευκός νάνος και ο συνοδός του βρίσκονται αρκετά κοντά, το νεκρό άστρο αρχίζει να αποσπά τα εξωτερικά στρώματα του συνοδού του. Καθώς αυτή η ύλη συσσωρεύεται πάνω στον λευκό νάνο, αυξάνει τη μάζα του πέρα από το λεγόμενο όριο Chandrasekhar επιτρέποντάς του να εκραγεί ως υπερκαινοφανής.
Αυτές οι κοσμικές εκρήξεις ονομάζονται υπερκαινοφανείς τύπου Ia και η εκπομπή φωτός τους είναι τόσο ομοιόμορφη, ώστε χαρακτηρίζονται ως «τυπικά κεριά» (standard candles). Έχουν ζωτική σημασία, επειδή η μέτρηση του τρόπου με τον οποίο το φως τους μετατοπίζεται προς το ερυθρό καθώς ταξιδεύει στο Διάστημα επιτρέπει στους επιστήμονες να χρησιμοποιούν τους υπερκαινοφανείς τύπου Ia για τη μέτρηση κοσμικών αποστάσεων.
«Με τα χρόνια μάθαμε πολύ περισσότερα για το πώς συμπεριφέρονται οι υπερκαινοφανείς, επομένως μπορέσαμε να επιστρέψουμε σε παλαιότερα δεδομένα και να εφαρμόσουμε αυτή τη βελτιωμένη κατανόηση. Έχει γίνει εκτεταμένη εργασία για τη σύνδεση παρατηρήσεων από διαφορετικά τηλεσκόπια με διαφορετικές δυνατότητες, καθώς και για την αντιμετώπιση παραγόντων όπως η κοσμική σκόνη και η μάζα των γαλαξιών, που μπορούν να επηρεάσουν το φως που φτάνει από έναν υπερκαινοφανή. Ενσωματώσαμε επίσης πιο λεπτές επιδράσεις, όπως ο βαρυτικός φακός, δηλαδή η κάμψη και μεγέθυνση του φωτός γύρω από μεγάλα αντικείμενα καθώς ταξιδεύει από έναν υπερκαινοφανή προς τη Γη» εξηγεί ο Καμιλέρι.
Σε συνδυασμό με τα αποτελέσματα του DESI από το 2024, η συγκεκριμένη έρευνα θα μπορούσε να αλλάξει την αντίληψή μας για το τι πραγματικά είναι η σκοτεινή ενέργεια.
«Τα δεδομένα μας για τους υπερκαινοφανείς από την DES το 2024 έδειξαν για πρώτη φορά ενδείξεις ότι η σκοτεινή ενέργεια μπορεί να μεταβάλλεται με τον χρόνο, και αυτή η νέα συλλογή δεδομένων εντοπίζει επίσης μια απόκλιση από το καθιερωμένο μοντέλο, αν και προς μια ελαφρώς διαφορετική κατεύθυνση. Αντίστοιχα, τα αποτελέσματα του DESI έδειξαν ενδείξεις μεταβολών στη σκοτεινή ενέργεια μέσω των ερευνών του για τα υπολειμματικά ηχητικά κύματα από το πρώιμο Σύμπαν. Έτσι, δύο εντελώς ανεξάρτητες μετρήσεις έχουν εντοπίσει ενδείξεις χρονικής μεταβολής της σκοτεινής ενέργειας, αμφισβητώντας το καθιερωμένο μοντέλο σύμφωνα με το οποίο η σκοτεινή ενέργεια δεν αλλάζει. Εκτός από το ενδεχόμενο να αποκαλύψει τι πραγματικά είναι η σκοτεινή ενέργεια, η έρευνα αυτή μπορεί επίσης να περιέχει το κλειδί για την εξήγηση του πώς συνδέονται η βαρύτητα και η κβαντική φυσική» αναφέρουν οι ερευνητές.
Η κβαντική φυσική και η γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν – οι καλύτερες θεωρίες που διαθέτουμε για τον τρόπο λειτουργίας του Σύμπαντος σε υποατομικό επίπεδο και τη βαρύτητα — έχουν αποδειχθεί εξαιρετικά επιτυχημένες στους αντίστοιχους τομείς τους. Ωστόσο οι επιστήμονες δεν έχουν καταφέρει μέχρι σήμερα να τις ενοποιήσουν. Με άλλα λόγια, δεν διαθέτουμε ακόμη μια ολοκληρωμένη θεωρία κβαντικής βαρύτητας.
«Γνωρίζουμε ότι αυτές οι δύο θεωρίες είναι εξαιρετικά επιτυχημένες η καθεμία στον δικό της τομέα. Αν καταφέρουμε να βρούμε έναν τρόπο να τις συνδυάσουμε, αυτό θα αποτελούσε ένα τεράστιο βήμα στη θεωρητική φυσική» λένε οι ερευνητές. Η προσπάθεια αυτή αναμένεται να ενισχυθεί όταν προστεθούν νέα δεδομένα στον ήδη ολοκληρωμένο κατάλογο υπερκαινοφανών τύπου Ia της ομάδας.
Σε αυτά θα περιλαμβάνονται παρατηρήσεις από το πρόγραμμα Dark Energy Bedrock All-Sky Supernova (DEBASS), το οποίο εντοπίζει εκατοντάδες περισσότερους κοντινούς υπερκαινοφανείς σε σχέση ακόμη και με την έρευνα DES.
