Una concezione artistica di quella che viene chiamata la scala delle distanze cosmiche:una serie di oggetti celesti, comprese le supernove di tipo Ia che hanno distanze note e possono essere utilizzate per calcolare la velocità di espansione dell'universo. Credito:NASA/JPL-Caltech.
Il nuovo lavoro del Carnegie Supernova Project fornisce le migliori calibrazioni per l'utilizzo di supernove di tipo Ia per misurare le distanze cosmiche, che ha implicazioni per la nostra comprensione della velocità con cui l'universo si sta espandendo e del ruolo che l'energia oscura può svolgere nel guidare questo processo. Guidati dall'astronomo Carnegie Chris Burns, i risultati del team sono pubblicati in Il Giornale Astrofisico .
Le supernove di tipo Ia sono fenomeni stellari straordinariamente luminosi. Sono esplosioni violente di una nana bianca, il residuo cristallino di una stella che ha esaurito il suo combustibile nucleare, che fa parte di un sistema binario con un'altra stella.
Oltre ad essere entusiasmante da osservare di per sé, le supernove di tipo Ia sono anche uno strumento vitale che gli astronomi usano come una sorta di indicatore del miglio cosmico per dedurre le distanze degli oggetti celesti.
Mentre i dettagli precisi dell'esplosione sono ancora sconosciuti, si ritiene che si attivino quando la nana bianca si avvicina a una massa critica, quindi la luminosità del fenomeno è prevedibile dall'energia dell'esplosione. La differenza tra la luminosità prevista e la luminosità osservata dalla Terra ci dice la distanza dalla supernova.
Gli astronomi utilizzano queste precise misurazioni della distanza, insieme alla velocità con cui le loro galassie ospiti si stanno allontanando, determinare la velocità di espansione dell'universo. Grazie alla velocità finita della luce, non solo possiamo misurare quanto velocemente l'universo si sta espandendo in questo momento, ma guardando sempre più lontano nello spazio, vediamo più indietro nel tempo e possiamo misurare la velocità con cui l'universo si stava espandendo nel lontano passato. Ciò ha portato alla sorprendente scoperta alla fine degli anni '90 che l'espansione dell'universo sta attualmente accelerando a causa dell'effetto repulsivo di una misteriosa energia "oscura". Migliorare le stime della distanza effettuate utilizzando le supernove di tipo Ia aiuterà gli astronomi a comprendere meglio il ruolo che l'energia oscura svolge in questa espansione cosmica.
"A cominciare dal suo omonimo, Edwin Hubble, Gli astronomi di Carnegie hanno una lunga storia di lavoro sulla costante di Hubble, inclusi contributi vitali alla nostra comprensione dell'espansione dell'universo fatti da Alan Sandage e Wendy Freedman, ", ha affermato il direttore degli osservatori John Mulchaey.
La concezione dell'artista mostra una supernova di tipo Ia che esplode. Credito:ESO
Però, la velocità con cui la luminosità delle esplosioni di supernova di tipo Ia svanisce non è uniforme. Nel 1993, L'astronomo della Carnegie Mark Phillips ha mostrato che le esplosioni che impiegano più tempo a svanire sono intrinsecamente più luminose di quelle che svaniscono rapidamente. Questa correlazione, che viene comunemente chiamata relazione di Phillips, permesso a un gruppo di astronomi in Cile, tra cui l'astronomo della Philips e del Texas A&M Nicholas Suntzeff, sviluppare le supernove di tipo Ia in uno strumento preciso per misurare l'espansione dell'universo.
Lo studio delle supernove utilizzando la parte dello spettro del vicino infrarosso è stato cruciale per questa scoperta. La luce di queste esplosioni deve viaggiare attraverso la polvere cosmica per raggiungere i nostri telescopi, e queste particelle interstellari a grana fine oscurano la luce all'estremità blu dello spettro più di quanto non facciano la luce dall'estremità rossa dello spettro nello stesso modo in cui il fumo di un incendio boschivo fa sembrare tutto più rosso. Questo può indurre gli astronomi a pensare che una supernova sia più lontana di quanto non sia. Ma lavorare nell'infrarosso consente agli astronomi di scrutare più chiaramente attraverso questo velo polveroso.
"Uno degli obiettivi primari del Carnegie Supernova Project è stato quello di fornire un affidabile, campione di supernova di alta qualità e metodi affidabili per dedurre le loro distanze, ", ha detto l'autore principale Burns.
"La qualità di questi dati ci consente di correggere meglio le nostre misurazioni per tenere conto dell'effetto oscurante della polvere cosmica", ha aggiunto Mark Phillips, un astronomo presso l'Osservatorio Las Campanas di Carnegie in Cile e coautore dell'articolo.
La calibrazione di questi indicatori di miglia è di fondamentale importanza, perché ci sono disaccordi tra i diversi metodi per determinare il tasso di espansione dell'universo. La costante di Hubble può essere stimata indipendentemente utilizzando il bagliore della radiazione di fondo lasciata dal Big Bang. Questa radiazione cosmica di fondo a microonde è stata misurata con dettagli squisiti dal satellite Planck, e fornisce agli astronomi un universo in espansione più lenta rispetto a quando viene misurato utilizzando le supernove di tipo Ia.
"Questa discrepanza potrebbe annunciare una nuova fisica, ma solo se è reale, " Burns ha spiegato. "Quindi, abbiamo bisogno che le nostre misurazioni di supernova di tipo Ia siano il più accurate possibile, ma anche per identificare e quantificare tutte le fonti di errore."
