Κοσμολογικό μυστήριο 13,8 δισ. ετών: Βρέθηκε η υπερκαινοφανής που θα λύσει τη διαμάχη για τον ρυθμό διαστολής του σύμπαντος

Η υπερκαινοφανής SN Requiem αναμένεται να «αναστηθεί» ξανά, προσφέροντας στους επιστήμονες μια σπάνια ευκαιρία να μετρήσουν με ακρίβεια τον ρυθμό διαστολής του σύμπαντος. Η κοσμολόγος Sherry Suyu από το Ινστιτούτο Αστροφυσικής Max Planck περιμένει με ανυπομονησία τη στιγμή που ο Ήλιος θα απομακρυνθεί από το πεδίο παρατήρησης, ώστε η Γη να στραφεί προς τον γαλαξία όπου βρίσκεται το εντυπωσιακό αυτό φαινόμενο.

Η SN Requiem έχει ήδη εμφανιστεί τρεις φορές. Η τέταρτη αναμένεται μέσα στα επόμενα δύο χρόνια, καθώς η τεράστια δύναμη ενός σμήνους γαλαξιών λυγίζει το φως της έκρηξης, δημιουργώντας πολλαπλές εικόνες της ίδιας υπερκαινοφανούς. Το φαινόμενο αυτό, γνωστό ως βαρυτικός φακός, επιτρέπει στους αστρονόμους να βλέπουν την ίδια έκρηξη σε διαφορετικά σημεία και χρονικές στιγμές.

Από τον Ιούνιο, η ομάδα της Suyu θα παρακολουθεί κάθε μήνα τον γαλαξία της SN Requiem με το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble. Αν εντοπιστεί νέα λάμψη, θα επιστρατευτεί το James Webb Space Telescope (JWST) για πιο λεπτομερείς παρατηρήσεις. Η μέτρηση της καθυστέρησης μεταξύ των επανεμφανίσεων θα επιτρέψει τον υπολογισμό της απόστασης του γαλαξία και, συνδυαστικά με τη μετατόπιση προς το ερυθρό, θα δώσει μια νέα εκτίμηση της σταθεράς Hubble.

Η σταθερά Hubble είναι θεμελιώδης για την κατανόηση του ρυθμού με τον οποίο το σύμπαν διαστέλλεται. Από την τιμή της προκύπτει η ηλικία του σύμπαντος, περίπου 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια. Ωστόσο, οι επιστήμονες διαφωνούν έντονα για την ακριβή τιμή της, καθώς οι δύο κύριες μέθοδοι μέτρησης αποδίδουν διαφορετικά αποτελέσματα.

Η διαμάχη για τη σταθερά Hubble

Οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν τυπικά κεριά όπως οι Κηφείδες και οι υπερκαινοφανείς τύπου Ia για να υπολογίσουν αποστάσεις, καταλήγοντας σε τιμή περίπου 73 km/s/Mpc. Οι κοσμολόγοι, αντίθετα, ξεκινούν από την κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου και, λαμβάνοντας υπόψη τη σκοτεινή ύλη και τη σκοτεινή ενέργεια, καταλήγουν σε χαμηλότερη τιμή, γύρω στα 67 km/s/Mpc. Αυτή η διαφορά, γνωστή ως ένταση Hubble, παραμένει άλυτο μυστήριο.

Η μέθοδος της χρονοκαθυστερημένης κοσμογραφίας, που βασίζεται στη βαρυτική εστίαση, προσφέρει μια ανεξάρτητη τρίτη οδό. Δεν εξαρτάται από την εσωτερική φυσική των άστρων ή από υποθέσεις για τη σκοτεινή ενέργεια, αλλά μόνο από τη γεωμετρία του φωτός που καθυστερεί λόγω της βαρύτητας. Έτσι, οι επιστήμονες μπορούν να υπολογίσουν αποστάσεις με μεγαλύτερη ακρίβεια.

Από τη θεωρία στην παρατήρηση

Η ιδέα αυτή προτάθηκε τη δεκαετία του 1960 από τον φοιτητή Sjur Refsdal του Πανεπιστημίου του Όσλο, πολύ πριν εντοπιστούν πραγματικοί βαρυτικοί φακοί. Η πρώτη επιβεβαίωση ήρθε το 2014, όταν ο Patrick Kelly εντόπισε την υπερκαινοφανή SN Refsdal – την πρώτη τέτοιου είδους με πολλαπλές εικόνες. Η πρόβλεψη της επανεμφάνισής της επαληθεύτηκε με εντυπωσιακή ακρίβεια έναν χρόνο αργότερα.

Η SN Requiem αποτελεί τον επόμενο μεγάλο σταθμό. Με τη βοήθεια του JWST, η ομάδα της Suyu έχει ήδη εντοπίσει μια δεύτερη υπερκαινοφανή στον ίδιο γαλαξία. Επτά ανεξάρτητες ομάδες εργάζονται για να μοντελοποιήσουν τη μάζα του σμήνους γαλαξιών που δρα ως φακός, ώστε να προβλέψουν πότε ακριβώς θα ξαναδούμε την έκρηξη.

Η κρίσιμη στιγμή πλησιάζει

Αν η SN Requiem επανεμφανιστεί φέτος, οι μετρήσεις θα ευνοήσουν την υψηλότερη εκτίμηση της σταθεράς Hubble, ενισχύοντας τους αστρονόμους. Αν καθυστερήσει έως το επόμενο έτος, θα επιβεβαιώσει τη χαμηλότερη τιμή των κοσμολόγων. Η Suyu δηλώνει πως παραμένει ουδέτερη, περιμένοντας τα δεδομένα να μιλήσουν.

Η ίδια εκτιμά ότι η συγκεκριμένη υπερκαινοφανής μπορεί να προσφέρει ακρίβεια 2% έως 3%, ενώ ο στόχος είναι να πέσει κάτω από 1%, ώστε να λυθεί οριστικά η διαμάχη. «Τότε», λέει, «θα το θέσουμε επιτέλους σε ανάπαυση».

Το μέλλον των παρατηρήσεων

Το JWST έχει ήδη εντοπίσει πάνω από δέκα βαρυτικά εστιασμένες υπερκαινοφανείς, ενώ νέα τηλεσκόπια όπως το Euclid, το Nancy Grace Roman και το Παρατηρητήριο Vera C. Rubin αναμένεται να πολλαπλασιάσουν τις ανακαλύψεις. Ο ρυθμός με τον οποίο εντοπίζονται τέτοια φαινόμενα αυξάνεται ραγδαία, ανοίγοντας νέους δρόμους για την κοσμολογία.

Όπως σημειώνει ο Saul Perlmutter του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϊ, «τώρα έχουμε μια τεχνική έτοιμη στα παρασκήνια… και είμαστε έτοιμοι να ανοίξουμε την αυλαία».