Penemuan tenaga gelap, kekuatan misterius yang mempercepat pengembangan alam semesta, didasarkan pada pengamatan supernova tipe 1a, dan letupan bintang ini telah lama digunakan sebagai "lilin standard" untuk mengukur pengembangan. Satu kajian baru mendedahkan sumber kebolehubahan dalam supernova ini, dan untuk mengkaji secara tepat sifat tenaga gelap dan menentukan sama ada ia tetap atau berubah dari masa ke masa, para saintis harus mencari cara untuk mengukur jarak kosmik dengan ketepatan yang jauh lebih besar daripada yang ada di masa lalu.
"Semasa kami memulakan eksperimen kosmologi generasi berikutnya, kami ingin menggunakan supernova jenis 1a sebagai ukuran jarak yang sangat sensitif," kata penulis utama Daniel Kasen, dari sebuah kajian yang diterbitkan di Nature minggu ini. "Kami tahu mereka tidak semua kecerahan yang sama, dan kami mempunyai cara untuk membetulkannya, tetapi kami perlu tahu apakah ada perbezaan sistematik yang akan mempengaruhi pengukuran jarak. Oleh itu kajian ini meneroka apa yang menyebabkan perbezaan kecerahan tersebut. "
Kasen dan pengarangnya - Fritz Röpke dari Institut Max Planck untuk Astrofizik di Garching, Jerman, dan Stan Woosley, profesor astronomi dan astrofizik di UC Santa Cruz - menggunakan komputer super untuk menjalankan puluhan simulasi supernova jenis 1a. Hasilnya menunjukkan bahawa banyak kepelbagaian yang diperhatikan dalam supernova ini disebabkan oleh sifat proses yang terlibat dalam keadaan huru-hara dan asimetri letupan yang dihasilkan.
Sebahagian besarnya, kebolehubahan ini tidak akan menghasilkan kesalahan sistematik dalam kajian pengukuran selagi penyelidik menggunakan sebilangan besar pemerhatian dan menerapkan pembetulan standard, kata Kasen. Kajian ini mendapati kesan kecil tetapi berpotensi membimbangkan yang boleh berlaku akibat perbezaan sistematik komposisi kimia bintang pada masa yang berlainan dalam sejarah alam semesta. Tetapi penyelidik dapat menggunakan model komputer untuk mencirikan kesan ini dan mengembangkan pembetulan untuknya.
Supernova jenis 1a berlaku apabila bintang kerdil putih memperoleh jisim tambahan dengan menyedut bahan dari bintang pendamping. Apabila mencapai jisim kritikal – 1.4 kali jisim Matahari, dimasukkan ke dalam objek seukuran Bumi – panas dan tekanan di tengah bintang mencetuskan reaksi peleburan nuklear, dan kerdil putih meletup. Oleh kerana keadaan awalnya hampir sama dalam semua kes, supernova ini cenderung mempunyai kecerahan yang sama, dan "lengkung cahaya" mereka (bagaimana kecerahan berubah dari masa ke masa) dapat diramalkan.
Beberapa secara intrinsik lebih terang daripada yang lain, tetapi suar dan pudar lebih perlahan, dan korelasi antara kecerahan dan lebar lengkung cahaya membolehkan para astronom melakukan pembetulan untuk menyeragamkan pemerhatian mereka. Oleh itu ahli astronomi dapat mengukur lengkung cahaya supernova jenis 1a, mengira kecerahan intrinsiknya, dan kemudian menentukan sejauh mana jaraknya, kerana kecerahan yang jelas berkurang dengan jarak (sama seperti lilin kelihatan lebih redup pada jarak daripada yang dekat) .
Model komputer yang digunakan untuk mensimulasikan supernova ini dalam kajian baru didasarkan pada pemahaman teoritis terkini tentang bagaimana dan di mana proses penyalaan bermula di dalam kerdil putih dan di mana ia membuat peralihan dari pembakaran lambat ke letupan letupan.
Simulasi menunjukkan bahawa asimetri letupan adalah faktor utama yang menentukan kecerahan supernova jenis 1a. "Sebab supernova ini tidak semua kecerahan yang sama berkaitan erat dengan pemecahan simetri sfera ini," kata Kasen.
Punca kebolehubahan yang dominan adalah sintesis elemen baru semasa letupan, yang sensitif terhadap perbezaan geometri percikan api pertama yang menyalakan pelarian termonuklear di teras kerdil putih yang sedang bergerak. Nikel-56 sangat penting, kerana pelanggaran radioaktif isotop yang tidak stabil ini menimbulkan kesan yang dapat diperhatikan oleh para astronom selama berbulan-bulan atau bahkan bertahun-tahun selepas letupan.
"Pembusukan nikel-56 inilah yang menguatkan lekukan cahaya. Letupan itu berakhir dalam beberapa saat, jadi apa yang kita lihat adalah hasil dari bagaimana nikel memanaskan puing-puing dan bagaimana puing-puing itu memancarkan cahaya, ”kata Kasen.
Kasen mengembangkan kod komputer untuk mensimulasikan proses pemindahan radiasi ini, menggunakan output dari letupan simulasi untuk menghasilkan visualisasi yang dapat dibandingkan secara langsung dengan pemerhatian astronomi supernova.
Berita baiknya adalah bahawa kebolehubahan yang dilihat pada model komputer bersetuju dengan pemerhatian supernova jenis 1a. "Yang paling penting, lebar dan luminositi puncak lengkung cahaya berkorelasi dengan cara yang sesuai dengan apa yang ditemui oleh pemerhati. Oleh itu, modelnya sesuai dengan pemerhatian di mana penemuan tenaga gelap didasarkan, ”kata Woosley.
Punca kebolehubahan lain adalah bahawa letupan asimetri ini kelihatan berbeza apabila dilihat pada sudut yang berbeza. Ini dapat menjelaskan perbezaan kecerahan sebanyak 20 peratus, kata Kasen, tetapi kesannya secara rawak dan menimbulkan sebaran dalam pengukuran yang dapat dikurangkan secara statistik dengan memerhatikan sejumlah besar supernova.
Potensi bias sistematik datang terutamanya dari variasi komposisi kimia awal bintang kerdil putih. Unsur-unsur yang lebih berat disintesis semasa letupan supernova, dan serpihan dari letupan tersebut dimasukkan ke dalam bintang baru. Akibatnya, bintang-bintang yang terbentuk baru-baru ini cenderung mengandungi unsur-unsur yang lebih berat ("metallicity" yang lebih tinggi dalam terminologi ahli astronomi) daripada bintang-bintang yang terbentuk pada masa lalu.
"Itulah jenis yang kami harapkan akan berkembang dari masa ke masa, jadi jika anda melihat bintang-bintang yang jauh sesuai dengan masa-masa sebelumnya dalam sejarah alam semesta, mereka cenderung mempunyai logam yang lebih rendah," kata Kasen. "Ketika kami mengira kesan ini dalam model kami, kami mendapati bahawa kesalahan yang dihasilkan dalam pengukuran jarak akan berada pada urutan 2 persen atau kurang."
Kajian lanjutan yang menggunakan simulasi komputer akan membolehkan para penyelidik mencirikan kesan variasi tersebut dengan lebih terperinci dan membatasi kesannya pada eksperimen tenaga gelap masa depan, yang mungkin memerlukan tahap ketepatan yang akan membuat kesalahan 2 persen tidak dapat diterima.
Sumber: EurekAlert
