Lompat ke konten Lompat ke sidebar Lompat ke footer

Supernova Kembar Membuka Kemungkinan Baru untuk Kosmologi Presisi

Ahli kosmologi telah menemukan cara untuk menggandakan akurasi pengukuran jarak menjadi ledakan supernova - salah satu alat teruji dan benar mereka untuk mempelajari energi gelap misterius yang membuat alam semesta berkembang lebih cepat dan lebih cepat. Hasil dari kolaborasi Pabrik Supernova Terdekat (SNfactory), yang dipimpin oleh Greg Aldering dari Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley Departemen Energi (Lab Berkeley), akan memungkinkan para ilmuwan untuk mempelajari energi gelap dengan presisi dan akurasi yang sangat ditingkatkan, dan memberikan pemeriksaan silang yang kuat teknik melintasi jarak dan waktu yang sangat jauh. Penemuan ini juga akan menjadi pusat eksperimen kosmologi besar yang akan datang yang akan menggunakan teleskop darat dan luar angkasa baru untuk menguji penjelasan alternatif energi gelap.

IMAGES
Gambar: bigpicture.ru

Dua makalah yang diterbitkan dalam The Astrophysical Journal melaporkan temuan ini, dengan Kyle Boone sebagai penulis utama. Saat ini adalah rekan postdoctoral di University of Washington, Boone adalah mantan mahasiswa pascasarjana Peraih Nobel Saul Perlmutter, ilmuwan senior Lab Berkeley dan profesor UC Berkeley yang memimpin salah satu tim yang awalnya menemukan energi gelap. Perlmutter juga salah satu penulis di kedua studi tersebut.

Supernova digunakan pada tahun 1998 untuk membuat penemuan mengejutkan bahwa perluasan alam semesta semakin cepat, bukannya melambat seperti yang diharapkan. Percepatan ini - dikaitkan dengan energi gelap yang membentuk dua pertiga dari semua energi di alam semesta - sejak itu telah dikonfirmasi oleh berbagai teknik independen serta dengan studi supernova yang lebih rinci.

Penemuan energi gelap bergantung pada penggunaan kelas supernova tertentu, Tipe Ia. Supernova ini selalu meledak dengan kecerahan maksimum intrinsik yang hampir sama. Karena kecerahan maksimum supernova yang diamati digunakan untuk menyimpulkan jaraknya, variasi kecil yang tersisa dalam kecerahan maksimum intrinsik membatasi ketepatan yang dapat digunakan untuk menguji energi gelap. Meskipun 20 tahun perbaikan oleh banyak kelompok, studi supernova energi gelap sampai sekarang tetap dibatasi oleh variasi ini.

Menggandakan jumlah supernova

Hasil baru yang diumumkan oleh SNfactory berasal dari studi multi-tahun yang sepenuhnya ditujukan untuk meningkatkan ketepatan pengukuran kosmologis yang dibuat dengan supernova. Pengukuran energi gelap membutuhkan perbandingan kecerahan maksimum supernova jauh yang berjarak miliaran tahun cahaya dengan supernova terdekat yang "hanya" berjarak 300 juta tahun cahaya. Tim tersebut mempelajari ratusan supernova terdekat dengan sangat rinci. Setiap supernova diukur beberapa kali, dengan interval beberapa hari. Setiap pengukuran memeriksa spektrum supernova, merekam intensitasnya di seluruh rentang panjang gelombang cahaya tampak. Instrumen yang dibuat khusus untuk penyelidikan ini, Spektrometer Medan Integral SuperNova, dipasang di teleskop 2,2 meter Universitas Hawaii di Maunakea, digunakan untuk mengukur spektrum.

"Kami sudah lama memiliki gagasan bahwa jika fisika ledakan dua supernova sama, kecerahan maksimumnya akan sama. Menggunakan spektrum Pabrik Supernova Terdekat sebagai semacam pemindaian CAT melalui ledakan supernova, kami dapat menguji ide ini, "kata Perlmutter.

Memang, beberapa tahun yang lalu, fisikawan Hannah Fakhouri, yang saat itu merupakan mahasiswa pascasarjana yang bekerja dengan Perlmutter, membuat kunci penemuan untuk hasil hari ini. Melihat banyak spektrum yang diambil oleh SNfactory, dia menemukan bahwa dalam cukup banyak contoh, spektrum dari dua supernova yang berbeda tampak sangat hampir identik. Di antara 50 supernova atau lebih, beberapa di antaranya adalah kembar identik. Ketika spektrum goyangan dari sepasang anak kembar ditumpangkan, di mata hanya ada satu jejak. Analisis saat ini didasarkan pada pengamatan ini untuk memodelkan perilaku supernova dalam periode yang mendekati waktu kecerahan maksimumnya.

Karya baru ini hampir melipatgandakan jumlah supernova yang digunakan dalam analisis. Ini membuat sampel cukup besar untuk menerapkan teknik pembelajaran mesin untuk mengidentifikasi kembar ini, yang mengarah pada penemuan bahwa spektrum supernova Tipe Ia bervariasi hanya dalam tiga cara. Kecerahan intrinsik supernova juga terutama bergantung pada tiga perbedaan yang diamati ini, sehingga memungkinkan untuk mengukur jarak supernova dengan akurasi luar biasa sekitar 3%.

Sama pentingnya, metode baru ini tidak mengalami bias yang dialami metode sebelumnya, seperti yang terlihat saat membandingkan supernova yang ditemukan di berbagai jenis galaksi. Karena galaksi terdekat agak berbeda dengan galaksi jauh, ada kekhawatiran serius bahwa ketergantungan tersebut akan menghasilkan pembacaan yang salah dalam pengukuran energi gelap. Sekarang kekhawatiran ini bisa sangat dikurangi dengan mengukur supernova jauh dengan teknik baru ini.

Dalam menjelaskan pekerjaan ini, Boone mencatat, "Pengukuran konvensional jarak supernova menggunakan kurva cahaya - gambar yang diambil dalam beberapa warna saat supernova mencerahkan dan memudar. Sebagai gantinya, kami menggunakan spektrum dari setiap supernova. Ini jauh lebih detail, dan dengan teknik pembelajaran mesin kemudian menjadi mungkin untuk membedakan perilaku kompleks yang merupakan kunci untuk mengukur jarak yang lebih akurat. "

Hasil dari makalah Boone akan menguntungkan dua eksperimen besar yang akan datang. Eksperimen pertama akan dilakukan di Observatorium Rubin setinggi 8,4 meter, yang sedang dibangun di Chili, dengan Survei Ruang dan Waktu Warisan, sebuah proyek bersama dari Departemen Energi dan National Science Foundation. Yang kedua adalah Teleskop Luar Angkasa Nancy Grace Roman NASA yang akan datang. Teleskop ini akan mengukur ribuan supernova untuk lebih meningkatkan pengukuran energi gelap. Mereka akan dapat membandingkan hasil mereka dengan pengukuran yang dilakukan menggunakan teknik pelengkap.

Aldering, yang juga salah satu penulis makalah, mengamati bahwa "tidak hanya teknik pengukuran jarak ini lebih akurat, ini hanya memerlukan satu spektrum, diambil saat supernova paling terang dan dengan demikian paling mudah diamati - pengubah permainan!" Memiliki berbagai teknik sangat berharga dalam bidang ini di mana prakonsepsi ternyata salah dan kebutuhan akan verifikasi independen tinggi.

Kolaborasi SNfactory termasuk Berkeley Lab, Laboratory for Nuclear Physics and High Energy di Sorbonne University, Center for Astronomical Research of Lyon, Institute of Physics of the 2 Infinities di University Claude Bernard, Yale University, Jerman's Humboldt University, the Max Institut Planck untuk Astrofisika, Universitas Tsinghua China, Pusat Fisika Partikel Marseille, dan Universitas Clermont Auvergne.

Pekerjaan ini didukung oleh Kantor Ilmu Pengetahuan Departemen Energi, Divisi Astrofisika NASA, Yayasan Gordon dan Betty Moore, Institut Fisika Nuklir dan Partikel Nasional Prancis, dan Institut Nasional untuk Ilmu Bumi dan Astronomi Pusat Penelitian Ilmiah Nasional Prancis. , Yayasan Riset Jerman dan Pusat Dirgantara Jerman, Dewan Riset Eropa, Universitas Tsinghua, dan Yayasan Ilmu Pengetahuan Alam Nasional China.

Latar belakang tambahan

Pada tahun 1998, dua kelompok bersaing yang mempelajari supernova, Proyek Kosmologi Supernova dan tim Pencarian High-z Supernova, keduanya mengumumkan bahwa mereka telah menemukan bukti bahwa, bertentangan dengan ekspektasi, perluasan alam semesta tidak melambat tetapi menjadi semakin cepat dan semakin cepat. Energi gelap adalah istilah yang digunakan untuk menjelaskan penyebab percepatan. Penghargaan Nobel 2011 diberikan kepada para pemimpin dari dua tim: Saul Perlmutter dari Berkeley Lab dan UC Berkeley, pemimpin Proyek Kosmologi Supernova, dan kepada Brian Schmidt dari Universitas Nasional Australia dan Adam Riess dari Universitas Johns Hopkins, dari Sekolah Tinggi- z tim.

Teknik tambahan untuk mengukur energi gelap termasuk Instrumen Spektroskopi Energi Gelap yang didukung DOE, dipimpin oleh Berkeley Lab, yang akan menggunakan spektroskopi pada 30 juta galaksi dalam teknik yang disebut osilasi akustik baryon. Observatorium Rubin juga akan menggunakan lensa gravitasi lemah lainnya.

Powered By NagaNews.Net