Los cosmólogos han encontrado una manera de duplicar la precisión de la medición de distancias a las explosiones de supernovas, una de sus herramientas probadas y verdaderas para estudiar la misteriosa energía oscura que hace que el universo se expanda cada vez más rápido. Los resultados de la supernova cercanaLa colaboración de Factory SNfactory, dirigida por Greg Aldering del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía Berkeley Lab, permitirá a los científicos estudiar la energía oscura con una precisión y exactitud muy mejoradas, y proporcionará una poderosa verificación cruzada de la técnica a través de vastas distancias yLos hallazgos también serán fundamentales para los próximos experimentos de cosmología que utilizarán nuevos telescopios terrestres y espaciales para probar explicaciones alternativas de la energía oscura.
Dos artículos publicados en El diario astrofísico informe estos hallazgos, con Kyle Boone como autor principal. Actualmente es un becario postdoctoral en la Universidad de Washington, Boone es un ex estudiante de posgrado del Premio Nobel Saul Perlmutter, el científico senior de Berkeley Lab y profesor de UC Berkeley que dirigió uno de los equiposque descubrió originalmente la energía oscura. Perlmutter también fue coautor de ambos estudios.
Las supernovas se utilizaron en 1998 para hacer el sorprendente descubrimiento de que la expansión del universo se está acelerando, en lugar de desacelerarse como se esperaba. Esta aceleración, atribuida a la energía oscura que constituye dos tercios de toda la energíaen el universo, desde entonces ha sido confirmado por una variedad de técnicas independientes, así como por estudios más detallados de supernovas.
El descubrimiento de la energía oscura se basó en el uso de una clase particular de supernovas, Tipo Ia. Estas supernovas siempre explotan con casi el mismo brillo máximo intrínseco. Debido a que el brillo máximo observado de la supernova se usa para inferir su distancia, las pequeñas variaciones restantesen el brillo máximo intrínseco limitó la precisión con la que se podía probar la energía oscura. A pesar de 20 años de mejoras por parte de muchos grupos, los estudios de supernovas de energía oscura hasta ahora han permanecido limitados por estas variaciones.
cuadriplicando el número de supernovas
Los nuevos resultados anunciados por SNfactory provienen de un estudio de varios años dedicado por completo a aumentar la precisión de las mediciones cosmológicas realizadas con supernovas. La medición de la energía oscura requiere comparaciones de los brillos máximos de supernovas distantes a miles de millones de años luz de distancia con aquellasde supernovas cercanas "sólo" a 300 millones de años luz de distancia. El equipo estudió cientos de supernovas cercanas con un detalle exquisito. Cada supernova se midió varias veces, a intervalos de unos pocos días. Cada medición examinó el espectro de la supernova,registrando su intensidad en el rango de longitud de onda de la luz visible. Para medir los espectros se utilizó un instrumento hecho a medida para esta investigación, el Espectrómetro de Campo Integral SuperNova, instalado en el telescopio de 2,2 metros de la Universidad de Hawaii en Maunakea.
"Durante mucho tiempo hemos tenido la idea de que si la física de la explosión de dos supernovas fuera la misma, su brillo máximo sería el mismo. Usando los espectros de la Fábrica de Supernovas Cercanas como una especie de exploración CAT a través de la explosión de la supernova,podría probar esta idea ", dijo Perlmutter.
De hecho, hace varios años, la física Hannah Fakhouri, entonces una estudiante de posgrado que trabajaba con Perlmutter, hizo un descubrimiento clave para los resultados de hoy. Al observar una multitud de espectros tomados por SNfactory, descubrió que en bastantes casos, elLos espectros de dos supernovas diferentes parecían casi idénticos. Entre las 50 o más supernovas, algunas eran gemelas prácticamente idénticas. Cuando se superpusieron los espectros ondulantes de un par de gemelos, a simple vista sólo había una pista. El análisis actual se basa enesta observación para modelar el comportamiento de las supernovas en el período cercano al momento de su máximo brillo.
El nuevo trabajo casi cuadriplica el número de supernovas utilizadas en el análisis. Esto hizo que la muestra fuera lo suficientemente grande como para aplicar técnicas de aprendizaje automático para identificar a estos gemelos, lo que llevó al descubrimiento de que los espectros de supernovas de Tipo Ia varían en solo tres formas.El brillo de las supernovas también depende principalmente de estas tres diferencias observadas, lo que hace posible medir las distancias de las supernovas con una precisión notable de aproximadamente el 3%.
Igual de importante, este nuevo método no sufre los sesgos que han acosado a los métodos anteriores, vistos al comparar supernovas encontradas en diferentes tipos de galaxias. Dado que las galaxias cercanas son algo diferentes a las distantes, existía una seria preocupación de que tal dependenciaproduciría lecturas falsas en la medición de la energía oscura. Ahora bien, esta preocupación se puede reducir en gran medida midiendo supernovas distantes con esta nueva técnica.
Al describir este trabajo, Boone señaló: "La medición convencional de las distancias de las supernovas utiliza curvas de luz: imágenes tomadas en varios colores a medida que una supernova se ilumina y se desvanece. En su lugar, usamos un espectro de cada supernova. Estos son mucho más detallados,y con técnicas de aprendizaje automático fue posible discernir el comportamiento complejo que era clave para medir distancias más precisas ".
Los resultados de los artículos de Boone beneficiarán a dos grandes experimentos futuros. El primer experimento se realizará en el Observatorio Rubin de 8.4 metros, en construcción en Chile, con su Legacy Survey of Space and Time, un proyecto conjunto del Departamento de Energía yLa Fundación Nacional de Ciencias. El segundo es el próximo telescopio espacial Nancy Grace Roman de la NASA. Estos telescopios medirán miles de supernovas para mejorar aún más la medición de la energía oscura. Podrán comparar sus resultados con mediciones realizadas utilizando técnicas complementarias.
Aldering, también coautor de los artículos, observó que "esta técnica de medición de distancias no solo es más precisa, sino que solo requiere un espectro único, tomado cuando una supernova es más brillante y, por lo tanto, más fácil de observar, ¡un cambio de juego!"Tener una variedad de técnicas es particularmente valioso en este campo donde las ideas preconcebidas han resultado ser incorrectas y la necesidad de una verificación independiente es alta.
La colaboración de SNfactory incluye Berkeley Lab, el Laboratorio de Física Nuclear y Altas Energías de la Universidad de la Sorbona, el Centro de Investigación Astronómica de Lyon, el Instituto de Física de los 2 Infinitos de la Universidad Claude Bernard, la Universidad de Yale, la Universidad Humboldt de Alemania,el Instituto Max Planck de Astrofísica, la Universidad Tsinghua de China, el Centro de Física de Partículas de Marsella y la Universidad Clermont Auvergne.
Este trabajo fue apoyado por la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía, la División de Astrofísica de la NASA, la Fundación Gordon y Betty Moore, el Instituto Nacional Francés de Física Nuclear y de Partículas y el Instituto Nacional de Ciencias de la Tierra y Astronomía del Centro Nacional Francés paraScientific Research, la Fundación de Investigación Alemana y el Centro Aeroespacial Alemán, el Consejo Europeo de Investigación, la Universidad de Tsinghua y la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China.
Fondo adicional
En 1998, dos grupos en competencia que estudiaban las supernovas, el Proyecto de Cosmología de Supernovas y el equipo de Búsqueda de Supernovas High-z, anunciaron que habían encontrado evidencia de que, contrariamente a las expectativas, la expansión del universo no se estaba desacelerando, sino que se estaba volviendo cada vez más rápida.Energía oscura es el término utilizado para describir la causa de la aceleración. El Premio Nobel de 2011 fue otorgado a los líderes de los dos equipos: Saul Perlmutter de Berkeley Lab y UC Berkeley, líder del Proyecto de Cosmología Supernova, y a Brian Schmidt del AustralianoNational University y Adam Riess de Johns Hopkins University, del equipo High-z.
Las técnicas adicionales para medir la energía oscura incluyen el Instrumento espectroscópico de energía oscura respaldado por el DOE, dirigido por Berkeley Lab, que utilizará espectroscopía en 30 millones de galaxias en una técnica llamada oscilación acústica bariónica. El Observatorio Rubin también utilizará otro llamado lente gravitacional débil.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Original escrito por Bob Cahn. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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