Supernova ‘terlensa’ dapat menjelaskan kekuatan fundamental yang membentuk alam semesta – Ars Technica

Para astronom mendeteksi ledakan supernova yang sebelumnya tidak diketahui lebih dari 4 miliar tahun cahaya menggunakan fenomena langka yang disebut “lensa gravitasi”, yang bertindak sebagai semacam kaca pembesar kosmik. Mereka menggambarkan penemuan mereka dan potensi implikasinya dalam makalah baru yang diterbitkan dalam jurnal Nature Astronomy. Ariel Jobar Co-Penulis, Sutradara Pusat Oscar Klein di Universitas Stockholm, dijelaskan Penemuan itu sebagai “langkah maju yang penting dalam pencarian kita untuk memahami kekuatan fundamental yang membentuk alam semesta kita.”

Pelensaan gravitasi adalah konsekuensi langsung dari relativitas umum: kolektif membelok dan melengkungkan ruang-waktu, dan cahaya harus mengikuti pembengkokan ini. Fenomena ini dapat membentuk efek langka seperti “Cincin Einstein“atau”salib Einstein. Pada dasarnya, distorsi ruang-waktu yang disebabkan oleh objek masif (seperti galaksi) berfungsi sebagai lensa untuk memperbesar objek latar belakang. Karena ini bukan lensa dengan kualitas optik yang sempurna, seringkali terdapat beberapa distorsi dan ketidakrataan. Hal ini menyebabkan cahaya dari objek latar belakang mengambil jalur yang berbeda ke Bumi, dan dengan demikian satu objek dapat muncul di beberapa lokasi berbeda yang tersebar di sekitar lensa. Pada skala kosmik, jalur ini juga memerlukan cahaya untuk menempuh jarak yang sangat berbeda untuk mencapai Bumi.

Pelensaan gravitasi membantu para astronom melihat benda langit yang mungkin terlalu redup atau tidak terlihat, seperti supernova jauh, yang dapat menimbulkan pertanyaan menarik lainnya. Misalnya, tahun lalu, para astronom menganalisis gambar Hubble dari tahun 2010, di mana gambar tersebut menangkap supernova. Karena pelensaan gravitasi, peristiwa individu muncul di tiga lokasi berbeda dalam bidang pandang Hubble. Berkat keunikan cara kerja lensa, dan karena cahaya bergerak dengan kecepatan terbatas, ketiga lokasi dibidik secara berbeda waktu Setelah bintang meledak, peneliti mengizinkan untuk sepotong bersama-sama Jalur waktu yang mengikuti supernova, meski diamati lebih dari satu dekade lalu.

Makalah terbaru ini berfokus pada supernova yang baru ditemukan bernama SN Zwicky, ditemukan di Fasilitas Transit Zwicky (ZTF). ZTF adalah kamera robotik yang terpasang pada Teleskop Samuel Oschin yang berusia 70 tahun di Observatorium Palomar di Kabupaten San Diego. ZTF melakukan survei otomatis di langit malam, mencari objek yang meledak atau memiliki kecerahan yang bervariasi: supernova, bintang yang terkena lubang hitam, asteroid, dan komet, misalnya. Itu memindai seluruh langit selama tiga malam dan bidang galaksi yang terlihat dua kali setiap malam.

Para astronom dengan cepat menandai objek itu menarik karena sangat terang. Mereka kemudian mengandalkan alat optik adaptif di tiga teleskop lain—Observatorium WM Keck, Teleskop Sangat Besar, dan Teleskop Luar Angkasa Hubble—untuk menampilkan empat gambar objek dari lokasi berbeda di langit. Ini menegaskan bahwa kecemerlangan supernova yang tidak biasa adalah hasil dari pelensaan gravitasi.

“SN Zwicky tidak hanya diperbesar oleh pelensaan gravitasi, tetapi juga termasuk dalam kelas supernova yang kami sebut ‘lilin standar’ karena kami dapat menggunakan luminositasnya yang terkenal untuk menentukan jarak di ruang angkasa,” kata rekan penulis Igor AndreoniDia adalah peneliti postdoctoral di University of Maryland dan NASA’s Goddard Space Flight Center. “Saat sumber cahaya jauh, cahaya redup – seperti melihat lilin di ruangan gelap. Kita dapat membandingkan dua sumber cahaya dengan cara ini dan mendapatkan ukuran jarak yang independen tanpa harus benar-benar mempelajari galaksi itu sendiri.”

SN Zwicky dan supernova serupa suatu hari nanti dapat membantu para ilmuwan menyelesaikan kontroversi yang sedang berlangsung konstanta HubbleIni adalah ukuran seberapa cepat alam semesta berkembang. Seperti disebutkan sebelumnya, kami mengukurnya menggunakan informasi di latar belakang gelombang mikro kosmik dan mendapatkan nilai tunggal. Kami mengukurnya menggunakan jarak yang terlihat dari objek di alam semesta saat ini dan mendapatkan nilai yang berbeda sekitar 10 persen. Sejauh yang diketahui orang, tidak ada yang salah dengan pengukuran apa pun, dan tidak ada cara yang jelas untuk membuat mereka setuju. Namun, baru bulan lalu, para peneliti mampu melakukan pengukuran independen ketiga dari perluasan alam semesta dengan melacak perilaku supernova berlensa gravitasi yang diidentifikasi pada tahun 2014 dan Sekarang disebut SN Refsdalsetelah astronom yang pertama kali mengusulkan penggunaan ledakan lenticular untuk melakukan pengukuran.

Saat pertama kali ditemukan, lensa tersebut telah membuat empat gambar supernova. Namun kemudian, yang kelima muncul, dan penundaan waktu ini dipengaruhi oleh perluasan alam semesta – karena itu konstanta Hubble. Kecocokan terbaik untuk model-model baru semuanya berakhir sedikit di bawah nilai konstanta Hubble yang berasal dari latar belakang gelombang mikro kosmik, dengan perbedaan berada dalam kesalahan statistik. Nilai yang lebih dekat dengan yang diperoleh dari pengukuran supernova lain lebih sesuai dengan data, meskipun tim dengan hati-hati mengatakan bahwa itu tidak berarti kita harus mengesampingkan nilai yang lebih tinggi.

Supernova pelensaan juga bisa menjadi alat yang menjanjikan untuk menyelidiki energi gelap dan materi gelap. Contoh kasus: Pada bulan April, para peneliti berpendapat bahwa Ada fitur dalam pelensaan gravitasi yang mungkin lebih baik dijelaskan oleh sifat mirip akson, berbeda dengan WIMP (Partikel Masif yang Berinteraksi Lemah) yang lama disukai dan masih sulit dipahami. Aksion jauh lebih ringan daripada WIMP tetapi memiliki sifat lain yang konsisten dengan materi gelap. Analisis April kemungkinan membuat axion jauh lebih ringan daripada neutrino. (Perlu dicatat bahwa penulis telah menyatakan kehati-hatian tentang bukti hipotesis mereka sejauh ini.)

Singkatnya, “Penemuan ini membuka jalan untuk menemukan supernova lenticular yang lebih langka dalam survei besar di masa depan yang akan membantu kita mempelajari peristiwa astronomi sementara seperti supernova dan semburan sinar gamma,” kata Andreone. “Kami menantikan lebih banyak penemuan tak terduga menggunakan survei langit luas nontarget seperti yang membantu kami mengidentifikasi SN Zwicky.”

DOI: Astronomi Alam, 2023. 10.1038 / s41550-023-01981-3 (tentang DOI).