การค้นพบพลังงานมืดพลังลึกลับที่เร่งการขยายตัวของจักรวาลขึ้นอยู่กับการสังเกตการณ์ของซุปเปอร์โนวาประเภท 1a และการระเบิดของดาวฤกษ์เหล่านี้ถูกใช้เป็น "เทียนมาตรฐาน" มานานแล้วเพื่อวัดการขยายตัว การศึกษาใหม่เผยให้เห็นแหล่งที่มาของความแปรปรวนในซุปเปอร์โนวาเหล่านี้และเพื่อตรวจสอบธรรมชาติของพลังงานมืดอย่างแม่นยำและตรวจสอบว่ามันคงที่หรือเปลี่ยนแปลงตลอดเวลานักวิทยาศาสตร์จะต้องหาวิธีในการวัดระยะทางของจักรวาลด้วยความแม่นยำมากกว่าที่มี ที่ผ่านมา.
“ เมื่อเราเริ่มการทดลองทางจักรวาลวิทยารุ่นต่อไปเราจะต้องการใช้ซูเปอร์โนวาประเภท 1a เป็นมาตรการทางไกลที่ละเอียดอ่อนมาก” Daniel Kasen ผู้เขียนนำการศึกษาที่ตีพิมพ์ในธรรมชาติในสัปดาห์นี้ “ เรารู้ว่าพวกเขาไม่ได้มีความสว่างเท่ากันทั้งหมดและเรามีวิธีการแก้ไขสำหรับสิ่งนั้น แต่เราจำเป็นต้องรู้ว่ามีความแตกต่างอย่างเป็นระบบหรือไม่ซึ่งจะทำให้การวัดระยะทางมีอคติ ดังนั้นการศึกษาครั้งนี้จึงสำรวจว่าอะไรทำให้เกิดความแตกต่างของความสว่าง”
Kasen และผู้เขียนร่วมงานของเขา - Fritz Röpkeจากสถาบันฟิสิกส์ดาราศาสตร์ Max Planck ใน Garching, ประเทศเยอรมนีและ Stan Woosley ศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่ UC Santa Cruz ใช้ซุปเปอร์คอมพิวเตอร์ในการจำลองซูเปอร์โนวาประเภท 1a หลายสิบดวง ผลการศึกษาชี้ให้เห็นว่าความหลากหลายที่พบในซุปเปอร์โนวาเหล่านี้ส่วนใหญ่เกิดจากธรรมชาติที่วุ่นวายของกระบวนการที่เกี่ยวข้องและผลที่ไม่สมดุลของการระเบิด
ส่วนใหญ่ความแปรปรวนนี้จะไม่ก่อให้เกิดข้อผิดพลาดอย่างเป็นระบบในการศึกษาการวัดตราบใดที่นักวิจัยใช้การสังเกตจำนวนมากและใช้การแก้ไขมาตรฐาน Kasen กล่าว การศึกษาพบว่ามีผลกระทบเล็กน้อย แต่น่าเป็นห่วงซึ่งอาจเป็นผลมาจากความแตกต่างอย่างเป็นระบบในองค์ประกอบทางเคมีของดาวในช่วงเวลาต่าง ๆ ในประวัติศาสตร์ของจักรวาล แต่นักวิจัยสามารถใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์เพื่ออธิบายลักษณะพิเศษนี้และพัฒนาการแก้ไขได้
ซุปเปอร์โนวาประเภท 1a เกิดขึ้นเมื่อดาวแคระขาวได้มวลมากขึ้นโดยการดูดสสารออกจากดาวข้างเคียง เมื่อมันมาถึงมวลวิกฤต - 1.4 เท่ามวลดวงอาทิตย์บรรจุเข้าไปในวัตถุขนาดเท่าโลก - ความร้อนและความดันในใจกลางดาวฤกษ์จะจุดประกายปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นและดาวแคระขาวก็ระเบิด เนื่องจากเงื่อนไขเริ่มแรกนั้นเหมือนกันในทุกกรณีซูเปอร์โนวาเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะมีความส่องสว่างเท่ากันและ "เส้นโค้งแสง" ของพวกมัน (การเปลี่ยนแปลงของความส่องสว่างเมื่อเวลาผ่านไป) สามารถทำนายได้
บางอันสว่างกว่าในตัวอื่น ๆ แต่แสงเหล่านี้และจางหายไปช้ากว่าและความสัมพันธ์ระหว่างความสว่างและความกว้างของเส้นโค้งแสงช่วยให้นักดาราศาสตร์ใช้การแก้ไขเพื่อสร้างมาตรฐานการสังเกตของพวกเขา ดังนั้นนักดาราศาสตร์สามารถวัดเส้นโค้งแสงของซุปเปอร์โนวาประเภท 1a คำนวณความสว่างที่แท้จริงและกำหนดว่ามันอยู่ไกลแค่ไหนเนื่องจากความสว่างปรากฏลดลงตามระยะทาง .
แบบจำลองคอมพิวเตอร์ที่ใช้จำลองซุปเปอร์โนวาเหล่านี้ในการศึกษาใหม่นั้นมีพื้นฐานมาจากความเข้าใจทางทฤษฎีในปัจจุบันว่ากระบวนการจุดระเบิดเริ่มต้นที่ใดในดาวแคระขาวและจุดเปลี่ยนจากการเผาไหม้ที่ช้าและการระเบิด
จากการจำลองพบว่าความไม่สมดุลของการระเบิดเป็นปัจจัยสำคัญที่กำหนดความสว่างของซุปเปอร์โนวาประเภท 1a “ เหตุผลที่ซุปเปอร์โนวาเหล่านี้ไม่ได้มีความสว่างเท่ากันทั้งหมดนั้นเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับการทำลายสมมาตรทรงกลมนี้” คาเซนกล่าว
แหล่งกำเนิดความแปรปรวนที่โดดเด่นคือการสังเคราะห์องค์ประกอบใหม่ในระหว่างการระเบิดซึ่งมีความไวต่อความแตกต่างในรูปทรงเรขาคณิตของประกายไฟแรกที่จุดประกายเทอร์โมนิวเคลียร์ในแกนกลางของดาวแคระขาว Nickel-56 มีความสำคัญอย่างยิ่งเนื่องจากการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีของไอโซโทปที่ไม่เสถียรนี้ทำให้เกิดสายัณห์ที่นักดาราศาสตร์สามารถสังเกตได้เป็นเวลาหลายเดือนหรือหลายปีหลังจากการระเบิด
“ การสลายตัวของนิกเกิล -56 เป็นสิ่งที่ทำให้เกิดเส้นโค้งแสง การระเบิดเกิดขึ้นในไม่กี่วินาทีดังนั้นสิ่งที่เราเห็นคือผลลัพธ์ของวิธีการที่นิกเกิลร้อนทำความสะอาดเศษซากและวิธีที่เศษวัสดุแผ่กระจายแสง "Kasen กล่าว
Kasen พัฒนารหัสคอมพิวเตอร์เพื่อจำลองกระบวนการถ่ายโอนรังสีนี้โดยใช้ผลลัพธ์จากการระเบิดจำลองเพื่อสร้างภาพข้อมูลที่สามารถเปรียบเทียบได้โดยตรงกับการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ของซุปเปอร์โนวา
ข่าวดีก็คือความแปรปรวนที่เห็นในแบบจำลองคอมพิวเตอร์เห็นด้วยกับการสังเกตของซุปเปอร์โนวาประเภท 1a “ ที่สำคัญที่สุดความกว้างและความส่องสว่างสูงสุดของเส้นโค้งแสงมีความสัมพันธ์ในลักษณะที่สอดคล้องกับสิ่งที่ผู้สังเกตการณ์พบ ดังนั้นแบบจำลองนี้สอดคล้องกับการสำรวจที่อิงจากการค้นพบพลังงานมืด” Woosley กล่าว
แหล่งที่มาของความแปรปรวนก็คือการระเบิดแบบอสมมาตรเหล่านี้มีลักษณะที่แตกต่างกันเมื่อมองมุมที่แตกต่างกัน สิ่งนี้สามารถอธิบายความแตกต่างของความสว่างได้มากถึง 20 เปอร์เซ็นต์ Kasen กล่าว แต่ผลที่ได้คือการสุ่มและสร้างการกระจายในการวัดที่สามารถลดลงทางสถิติโดยการสังเกตซุปเปอร์โนวาจำนวนมาก
ศักยภาพของอคติเชิงระบบนั้นมาจากการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีเริ่มแรกของดาวแคระขาว องค์ประกอบที่หนักกว่าถูกสังเคราะห์ขึ้นระหว่างการระเบิดของซุปเปอร์โนวาและเศษซากจากการระเบิดเหล่านั้นถูกรวมเข้ากับดาวดวงใหม่ ดังนั้นดาวฤกษ์ที่ก่อตัวขึ้นเมื่อเร็ว ๆ นี้น่าจะมีองค์ประกอบที่หนักกว่า (คำว่า "ความเป็นโลหะ" ในคำศัพท์ของนักดาราศาสตร์) มากกว่าดาวฤกษ์ที่ก่อตัวขึ้นในอดีตอันไกลโพ้น
“ นั่นคือสิ่งที่เราคาดว่าจะมีวิวัฒนาการเมื่อเวลาผ่านไปดังนั้นหากคุณมองดูดาวที่อยู่ไกลออกไปซึ่งสอดคล้องกับช่วงเวลาก่อนหน้านี้ในประวัติศาสตร์ของจักรวาลพวกเขาน่าจะมีความเป็นโลหะต่ำกว่า” Kasen กล่าว “ เมื่อเราคำนวณผลกระทบของสิ่งนี้ในแบบจำลองของเราเราพบว่าข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นในการวัดระยะทางจะอยู่ที่ประมาณ 2 เปอร์เซ็นต์หรือน้อยกว่า”
การศึกษาเพิ่มเติมโดยใช้การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์จะช่วยให้นักวิจัยสามารถจำแนกลักษณะของการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวได้ในรายละเอียดมากขึ้นและ จำกัด ผลกระทบที่มีต่อการทดลองพลังงานมืดในอนาคตซึ่งอาจต้องใช้ระดับความแม่นยำที่จะทำให้เกิดข้อผิดพลาด
ที่มา: EurekAlert
