كان اكتشاف الطاقة المظلمة ، وهي قوة غامضة تسرع توسع الكون ، مبنيًا على ملاحظات من السوبرنوفا من النوع 1 أ ، وقد استخدمت هذه الانفجارات النجمية منذ فترة طويلة "كشموع قياسية" لقياس التمدد. تكشف دراسة جديدة عن مصادر التباين في هذه المستعرات الأعظمية ، وللتحقق بدقة من طبيعة الطاقة المظلمة وتحديد ما إذا كانت ثابتة أو متغيرة بمرور الوقت ، سيتعين على العلماء إيجاد طريقة لقياس المسافات الكونية بدقة أكبر بكثير مما لديهم في الماضي.
قال المؤلف الرئيسي دانيال كاسن ، من دراسة نشرت في مجلة Nature هذا الأسبوع: "عندما نبدأ الجيل القادم من تجارب علم الكونيات ، سنرغب في استخدام المستعرات الأعظمية من النوع 1 أ كمقاييس حساسة للمسافة". "نحن نعلم أنهم ليسوا جميعًا بنفس السطوع ، ولدينا طرق لتصحيح ذلك ، ولكننا بحاجة إلى معرفة ما إذا كانت هناك اختلافات منهجية من شأنها تحيز قياسات المسافة. لذا بحثت هذه الدراسة في أسباب الاختلافات في السطوع ".
استخدم كاسن وزملاؤه - فريتز روبيك من معهد ماكس بلانك للفيزياء الفلكية في جارشنج بألمانيا ، وستان ووسلي ، أستاذ علم الفلك والفيزياء الفلكية في جامعة كاليفورنيا سانتا كروز - أجهزة الكمبيوتر الفائقة لتشغيل عشرات عمليات المحاكاة من النوع 1 أ سوبر نوفا. تشير النتائج إلى أن الكثير من التنوع الذي لوحظ في هذه المستعرات الأعظمية يرجع إلى الطبيعة الفوضوية للعمليات المعنية وعدم التماثل الناتج عن الانفجارات.
وقال كاسن إن هذا التباين لن ينتج في الغالب أخطاء منهجية في دراسات القياس طالما يستخدم الباحثون أعدادًا كبيرة من الملاحظات ويطبقون التصحيحات القياسية. وجدت الدراسة تأثيرًا صغيرًا ولكنه مثير للقلق يمكن أن ينتج عن الاختلافات المنهجية في التركيبات الكيميائية للنجوم في أوقات مختلفة من تاريخ الكون. لكن يمكن للباحثين استخدام نماذج الكمبيوتر لتمييز هذا التأثير وتطوير التصحيحات له.
تحدث المستعر الأعظم من النوع 1 أ عندما يكتسب نجم قزم أبيض كتلة إضافية عن طريق سحب المادة بعيدًا عن نجم مرافق. عندما تصل إلى كتلة حرجة - 1.4 مرة كتلة الشمس ، معبأة في جسم بحجم الأرض - فإن الحرارة والضغط في مركز النجم يثيران اندماجًا نوويًا هاربًا ، وينفجر القزم الأبيض. نظرًا لأن الظروف الأولية متشابهة تقريبًا في جميع الحالات ، فإن هذه المستعرات الأعظمية تميل إلى أن يكون لها نفس اللمعان ، و "منحنيات الضوء" (كيف تتغير اللمعان بمرور الوقت) يمكن التنبؤ بها.
بعضها أكثر إشراقًا جوهريًا من الآخرين ، لكن هذه التوهج يتلاشى ببطء أكثر ، وهذا الارتباط بين سطوع وعرض منحنى الضوء يسمح للفلكيين بتطبيق تصحيح لتوحيد ملاحظاتهم. حتى يتمكن الفلكيون من قياس منحنى الضوء لنوع مستعر أعظم من النوع 1 أ ، وحساب سطوعه الجوهري ، ثم تحديد مدى بعده ، نظرًا لأن السطوع الظاهري يتضاءل مع المسافة (تمامًا كما تبدو الشمعة باهتة على مسافة أكثر مما تبدو قريبة) .
تعتمد نماذج الكمبيوتر المستخدمة لمحاكاة هذه المستعرات الأعظمية في الدراسة الجديدة على الفهم النظري الحالي لكيفية ومكان بدء عملية الاشتعال داخل القزم الأبيض وأين يتم الانتقال من الاحتراق البطيء إلى الاحتراق المتفجر.
أظهرت عمليات المحاكاة أن عدم تناسق الانفجارات هو عامل رئيسي يحدد سطوع المستعرات الأعظمية من النوع 1 أ. قال كاسن: "السبب في أن هذه المستعرات الأعظمية ليست كلها بنفس السطوع مرتبط ارتباطًا وثيقًا بهذا التماثل في التماثل الكروي".
المصدر السائد للتنوع هو توليف العناصر الجديدة خلال الانفجارات ، التي تكون حساسة للاختلافات في هندسة الشرارات الأولى التي تشعل هاربًا نوويًا حراريًا في القلب المتصاعد من القزم الأبيض. النيكل -56 مهم بشكل خاص ، لأن التحلل الإشعاعي لهذا النظير غير المستقر يخلق الشفق التالي الذي يستطيع الفلكيون مراقبته لأشهر أو حتى سنوات بعد الانفجار.
"إن انحلال النيكل -56 هو ما يمد منحنى الضوء. وقال كاسن: "لقد انتهى الانفجار في غضون ثوان ، لذا فإن ما نراه هو نتيجة كيف يسخن النيكل الحطام وكيف يشع الحطام الضوء".
طور كاسن رمز الكمبيوتر لمحاكاة عملية النقل الإشعاعي هذه ، باستخدام خرج من الانفجارات المحاكاة لإنتاج تصورات يمكن مقارنتها مباشرة بالملاحظات الفلكية للمستعرات الأعظمية.
والخبر السار هو أن التباين الذي يظهر في نماذج الكمبيوتر يتوافق مع ملاحظات المستعرات الأعظمية من النوع 1 أ. "الأهم من ذلك ، أن عرض و لمعان منحنى الضوء مرتبط بطريقة تتفق مع ما وجده المراقبون. لذلك ، تتوافق النماذج مع الملاحظات التي استند إليها اكتشاف الطاقة المظلمة.
مصدر آخر للتنوع هو أن هذه الانفجارات غير المتكافئة تبدو مختلفة عند عرضها في زوايا مختلفة. وقال كاسن إن هذا يمكن أن يفسر الاختلافات في السطوع بنسبة تصل إلى 20 في المائة ، ولكن التأثير عشوائي ويخلق تشتتًا في القياسات التي يمكن تقليلها إحصائيًا من خلال ملاحظة أعداد كبيرة من المستعرات الأعظمية.
تأتي إمكانية التحيز المنهجي في المقام الأول من الاختلاف في التركيب الكيميائي الأولي للنجم القزم الأبيض. يتم تصنيع العناصر الأثقل خلال انفجارات السوبرنوفا ، ويتم دمج حطام تلك الانفجارات في نجوم جديدة. ونتيجة لذلك ، من المرجح أن تحتوي النجوم التي تم تشكيلها مؤخرًا على عناصر ثقيلة ("معدنية أعلى" في مصطلحات علماء الفلك) أكثر من النجوم التي تشكلت في الماضي البعيد.
وقال كاسن "هذا هو النوع من الأشياء التي نتوقع أن تتطور بمرور الوقت ، لذلك إذا نظرت إلى النجوم البعيدة المقابلة لأزمنة سابقة في تاريخ الكون ، فإنها تميل إلى أن تكون معدنية أقل". "عندما حسبنا تأثير ذلك في نماذجنا ، وجدنا أن الأخطاء الناتجة في قياسات المسافة ستكون في حدود 2 في المائة أو أقل."
ستمكّن الدراسات الإضافية باستخدام المحاكاة الحاسوبية الباحثين من وصف آثار هذه الاختلافات بمزيد من التفصيل والحد من تأثيرها على تجارب الطاقة المظلمة المستقبلية ، والتي قد تتطلب مستوى من الدقة يجعل الأخطاء بنسبة 2 في المائة غير مقبولة.
المصدر: EurekAlert
