Astronomowie odkryli dwie supernowe, których światło oddzielone soczewkowaniem grawitacyjnym pojawi się ponownie w ciągu najbliższych 60 lat, dając wyjątkową okazję do pomiaru tempa ekspansji Wszechświata z niespotykaną dotąd precyzją. Ten naturalny eksperyment może pomóc w rozwiązaniu długotrwałego konfliktu w kosmologii: „napięcia Hubble’a”, w przypadku którego różne metody dają sprzeczne wartości tempa ekspansji Wszechświata.
Kosmiczne opóźnienie czasowe
Ten przełom opiera się na soczewkowaniu grawitacyjnym. Masywne gromady galaktyk działają jak kosmiczne szkła powiększające, zaginając i rozdzielając światło odległych supernowych na wiele obrazów. Każdy obraz podąża inną ścieżką w czasoprzestrzeni, co skutkuje innym czasem przybycia. Jedna supernowa, zwana SN Ares, eksplodowała prawie 10 miliardów lat temu; jego światło dotarło już do Ziemi. Jednakże dwa dodatkowe zdjęcia Aresa pojawią się za około 60 lat z powodu ekstremalnego dylatacji czasu spowodowanej grawitacją.
W ciągu najbliższego roku lub dwóch lat spodziewana jest kolejna supernowa, SN Athena. Chociaż Atena jest mniej dokładna niż Ares, posłuży jako test sprawdzający słuszność koncepcji naszych modeli kosmologicznych.
Dlaczego to ma znaczenie: napięcie Hubble’a
Wszechświat wydaje się rozszerzać w różnym tempie, w zależności od tego, jak naukowcy to mierzą. Obserwacje kosmicznego mikrofalowego tła (poświaty Wielkiego Wybuchu) wskazują na tempo ekspansji wynoszące 67 kilometrów na sekundę na megaparsek. Jednak pomiary przy użyciu cefeid (świec standardowych) dają wyższą prędkość 73 kilometrów na sekundę na megaparsek.
Ta rozbieżność, znana jako napięcie Hubble’a, jest głównym problemem współczesnej kosmologii. Może to wskazywać, że nasze zrozumienie Wszechświata jest niekompletne lub że w naszych pomiarach występują nieznane błędy systematyczne.
Program VENUS i rola JWST
Odkrycie SN Ares i SN Athena było wynikiem programu Vast Exploration for Nascent, Unexplored Sources (VENUS) przy użyciu Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST). VENUS w szczególności celuje w gęste gromady galaktyk, maksymalizując szanse na wykrycie tych rzadkich, soczewkowanych grawitacyjnie zdarzeń.
„Silne soczewkowanie grawitacyjne zamienia gromady galaktyk w najpotężniejsze teleskopy natury” – mówi Seiji Fujimoto, główny badacz programu VENUS.
Przed VENUS i JWST odkryto mniej niż dziesięć takich soczewkowanych supernowych. Od lipca ubiegłego roku VENUS zidentyfikowała już osiem nowych supernowych z soczewkami w zaledwie 43 obserwacjach, co podwoiło znaną próbkę.
Patrzenie w przyszłość: spójne pomiary
Kluczową zaletą tego podejścia jest to, że zapewnia „pojedynczy, spójny krok” pomiaru tempa ekspansji Wszechświata. Porównując przewidywane czasy przybycia obrazów z soczewkami z faktycznie zaobserwowanymi czasami, naukowcy mogą udoskonalić swoje szacunki stałej Hubble’a niezależnie od innych metod. Jest to niezwykle istotne w obszarze, w którym trudno jest wyeliminować błędy systematyczne.
Los wszechświata wisi na włosku. Jeśli ciemna energia osłabnie, ekspansja może ostatecznie ustąpić miejsca kurczeniu. Bardziej precyzyjny pomiar tempa ekspansji Wszechświata nie tylko pomoże rozwiązać napięcie Hubble’a, ale także rzuci światło na długoterminową ewolucję kosmosu.
