سوپرنواهای نوع 1a رویدادهای بسیار قدرتمندی هستند که در سیستمهای دوتایی با حداقل یک ستاره کوتوله سفید (بازمانده هستهای یک ستاره مشابه خورشید) اتفاق میافتند. گاهی اوقات، گرانش قدرتمند کوتوله سفید باعث میشود که ماده از ستاره همدم خود جذب شود تا جایی که به جرم بحرانی برسد و انفجار کند. در سناریوی دیگر، یک سیستم دوتایی از دو کوتوله سفید به هم میپیوندند و جرم بحرانی لازم برای ایجاد یک سوپرنوا را تولید میکنند. برخلاف سوپرنواهای معمولی که هر پنجاه سال یکبار در کهکشان راه شیری اتفاق میافتند، سوپرنواهای نوع 1a تقریباً هر ۵۰۰ سال یکبار رخ میدهند.
علاوه بر اینکه سوپرنواهای نوع 1a رویدادهای شگفتانگیزی هستند، آنها ابزارهای نجومی مفیدی نیز به حساب میآیند. به عنوان بخشی از نردبان فاصله کیهانی، این انفجارها به ستارهشناسان این امکان را میدهند که فاصلهها به اشیاء میلیونها یا میلیاردها سال نوری دورتر را اندازهگیری کنند. این امر برای اندازهگیری نرخ انبساط کیهان، که به آن ثابت هابل میگویند، ضروری است. به لطف تیمی بینالمللی از محققان، یک کاتالوگ جدید از سوپرنواهای نوع 1a منتشر شده است که میتواند آنچه را که ما از فیزیک بنیادی سوپرنواها و تاریخ انبساط کیهان میدانیم، تغییر دهد.
این کاتالوگ جدید دومین انتشار دادهها (DR2) از تسهیلات موقتی زویکی (ZTF) است، یک نظرسنجی نجومی با میدان وسیع که از سال ۱۳۹۶ آغاز شد. این نظرسنجی بر روی دوربین ZTF در تلسکوپ ساموئل اوشین با قطر ۱.۲ متر (۴ فوت) در رصدخانه پالمار واقع در نزدیکی سن دیگو، کالیفرنیا، تکیه دارد. این پروژه بیش از ۸۰۰۰ سوپرنوا را شناسایی کرده است، از جمله ۳۶۲۸ سوپرنوا نوع 1a نزدیک (SNe Ia)، که بیش از دو برابر تعداد سوپرنواهای شناخته شده نوع 1a در ۳۰ سال گذشته است. با اینکه سوپرنواهای نوع 1a نادر هستند، عمق و استراتژی نظرسنجی ZTF اجازه داده است تا تیم ZTF تقریباً چهار سوپرنوا را در هر شب شناسایی کند.
این کاتالوگ شامل ۳۶۲۸ سوپرنوا نوع 1a نزدیک است و اولین دیتاست بزرگ و همگن است که اخترفیزیکدانها میتوانند به آن دسترسی داشته باشند. این انتشار در مقالهای که در تاریخ ۲۶ بهمن در مجله Astronomy & Astrophysics منتشر شده است، همراه با یک شماره ویژه شامل ۲۱ مقاله مرتبط منتشر شد. نویسندگان اصلی این مقاله دکتر میکائل ریگولت، رئیس گروه علمی کیهانشناسی ZTF و محقق در مرکز ملی تحقیقات علمی (CNRS)، دانشگاه کلود برنار لیون، و دکتر متیو اسمیت، مدرس اخترفیزیک در دانشگاه لانکاستر هستند. همانطور که دکتر ریگولت گفت:
“در پنج سال گذشته، گروهی از سی متخصص از سراسر جهان این دادهها را جمعآوری، تنظیم، مونتاژ و تحلیل کردهاند. اکنون این دادهها را برای تمام جامعه منتشر میکنیم. این نمونه از نظر اندازه و همگنی آنقدر منحصر به فرد است که انتظار داریم تأثیر زیادی در زمینه کیهانشناسی سوپرنواها بگذارد و به کشفهای جدیدی منجر شود، علاوه بر نتایج قبلاً منتشر شده.”
اجزای کلیدی سیستم ZTF، دوربین علمی ۴۷ درجه مربعی و ۶۰۰ مگاپیکسلی آن است که برای اسکن روزانه تمام آسمان شمالی در سه باند نوری با مقیاس ۲۰.۵ استفاده میشود. این دوربین تقریباً تمام سوپرنواها را در فاصله ۱.۵ میلیارد سال نوری از زمین شناسایی میکند. پروفسور کیت مگوایر از کالج ترینیتی دوبلین، نویسنده مشترک این مقاله، گفت: “به لطف توانایی منحصر به فرد ZTF در اسکن سریع و عمیق آسمان، ما توانستهایم چندین سوپرنوا را ظرف چند روز یا حتی ساعتها پس از انفجار ثبت کنیم، که محدودیتهای جدیدی در مورد چگونگی پایان یافتن عمر آنها به دست میدهد.”
هدف نهایی این نظرسنجی تعیین نرخ انبساط کیهان (که همان ثابت هابل است) است. از اواخر دهه ۱۹۹۰ و مشاهدات هابل دیپ فیلد، که از سوپرنواهای نوع 1a برای اندازهگیری انبساط کیهانی استفاده میکرد، اخترشناسان متوجه شدهاند که نرخ انبساط در حال تسریع است. این موضوع عملاً نشان داد که ثابت هابل ثابت نیست و به نظریه انرژی تاریک منجر شد. علاوه بر این، توانایی مشاهده کیهان از حدود یک میلیارد سال پس از بیگ بنگ به بحران کیهانشناسی منجر شد.
همچنین به “تنش هابل” شناخته میشود، اخترشناسان متوجه شدند که اندازهگیریهای فاصله در نردبان کیهانی مقادیر متفاوتی را به دست میدهد. از آن زمان، کیهانشناسان در جستجوی توضیحاتی برای این تنش بودهاند که شامل احتمال وجود انرژی تاریک اولیه (EDE) میشود. بخش کلیدی این مسئله به دست آوردن اندازهگیریهای دقیق فاصلههای کیهانی است. پروفسور آریل گووبار، نویسنده مشترک این مقاله، مدیر مرکز اسکار کلاین در استکهلم و یکی از موسسان ZTF، همچنین عضو تیمی بود که در سال ۱۳۷۶ انبساط شتابدار کیهان را کشف کرد.
“در نهایت، هدف پاسخ به یکی از بزرگترین سوالات فیزیک بنیادی و کیهانشناسی دوران ما است، یعنی اینکه بیشتر کیهان از چه چیزی ساخته شده است؟” او گفت. “برای این کار، به دادههای سوپرنواهای ZTF نیاز داریم.” یکی از مهمترین نتایج این کاتالوگ و مطالعاتی که برای ایجاد آن انجام شده، این است که سوپرنواهای نوع 1a بیشتر از آنچه که قبلاً تصور میشد، بسته به محیط میزبانشان متفاوت هستند. به همین دلیل، مکانیسم اصلاحی که تا کنون استفاده میشده نیاز به بازبینی دارد، که میتواند نحوه اندازهگیری نرخ انبساط کیهان را تغییر دهد.
این میتواند پیامدهایی برای مدل استاندارد کیهانشناسی – همان مدل ماده تاریک سرد لامبدا (Lambda-CDM) – و مسائل ناشی از آن مانند تنش هابل داشته باشد. این دادهها زمانی که تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن (RST) به فضا پرتاب شود و شروع به انجام مشاهداتی کند که به اولین نقشههای وسیعالابعاد کیهان منتهی خواهد شد، ضروری خواهد بود. همراه با مشاهدات ماموریت یوریکید آژانس فضایی اروپا (ESA)، این نقشهها ممکن است در نهایت معمای ماده تاریک و انبساط کیهان را حل کنند. همانطور که دکتر ریگولت گفت:
“با این مجموعه داده بزرگ و همگن، میتوانیم سوپرنواهای نوع 1a را با دقت و صحت بیسابقهای بررسی کنیم. این یک گام حیاتی در راستای بهبود استفاده از سوپرنواهای نوع 1a در کیهانشناسی و ارزیابی اینکه آیا انحرافات فعلی در کیهانشناسی ناشی از فیزیک بنیادی جدید یا مشکلات ناشناخته در نحوه استخراج فاصلهها است، خواهد بود.
