Usando o Telescópio Espacial James Webb, os astrônomos capturaram uma imagem impressionante de uma supernova distante em uma galáxia que parece estar sendo esticada como caramelo quente.
No entanto, a mancha dourada que esconde esta lente gravitacional supernovaque foi apelidada de “supernova Esperança”, não é notável apenas por seu valor estético. A supernova, que explodiu quando o universo de 13,8 bilhões de anos tinha apenas cerca de 3,5 bilhões de anos, nos diz algo sobre um enorme problema na cosmologia chamado “Tensão Hubble.”
A tensão Hubble vem do fato de que os cientistas não conseguem chegar a um acordo sobre a taxa exata de expansão do universoditado pela constante de Hubble. Basicamente, a taxa pode ser medida a partir do universo native (e, portanto, recente) e, em seguida, retrocedendo no tempo – ou pode ser calculada a partir do universo distante (e, portanto, primitivo) e, em seguida, subindo. A questão é que ambos os métodos entregam valores que não concordam entre si. É aqui que entra o Telescópio Espacial James Net (JWST).
Supernovas com lentes gravitacionais no cosmos primitivo JWST que está observando poderia fornecer uma terceira maneira de medir a taxa, potencialmente ajudando a resolver esse “problema do Hubble”.
“A supernova foi chamada de ‘supernova Esperança’ porque dá aos astrônomos esperança de entender melhor a mudança na taxa de expansão do universo”, disse Brenda Frye, líder da equipe de estudo e pesquisadora da Universidade do Arizona, em um relatório da NASA. declaração.
Esta investigação da supernova Hope começou quando Frye e a sua equipa international de cientistas encontraram três curiosos pontos de luz numa imagem JWST de uma região distante e densamente compactada. aglomerado de galáxias. Esses pontos de luz na imagem não eram visíveis quando o Telescópio Espacial Hubble fotografou o mesmo cluster, conhecido como PLCK G165.7+67.0 ou, mais simplesmente, G165, em 2015.
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“Tudo começou com uma pergunta da equipe: ‘Quais são aqueles três pontos que não existiam antes? Poderia ser uma supernova?'”, Disse Frye. “Análises iniciais confirmaram que esses pontos correspondiam a uma estrela em explosão, com qualidades raras”.
O espaço ao redor do G165 foi selecionado para o programa PEARLS porque está no meio de “explosão estelar,“um período de intensa formação de estrelas e geração de 300 massas solares de estrelas por ano. Essas altas taxas de formação de estrelas estão correlacionadas com maiores ocorrências de explosões de supernovas.
Supernova Hope é um tipo específico de supernova chamada Supernova tipo Ia. Essas supernovas ocorrem em binários que contêm uma estrela da sequência principal, como o Sol, e uma estrela que esgotou seu combustível para a fusão nuclear e se tornou uma casca morta, chamada de anã branca.
Se estes corpos estelares estiverem suficientemente próximos, então a estrela morta pode agir como um vampiro cósmicoextraindo plasma da estrela viva, ou “doadora”. À medida que isto continua, o materials acumula-se até desencadear uma explosão termonuclear – explosões que vemos como supernovas do Tipo Ia. Devido à uniformidade dos seus flashes de luz, estas supernovas são uma excelente ferramenta que os astrónomos podem usar para medir distâncias cósmicas. Os astrônomos, portanto, referem-se às supernovas do Tipo Ia como “velas padrão.”
Uma forma de obter um valor para a constante de Hubble é observar as supernovas do Tipo Ia no universo native para medir as suas distâncias de nós e umas das outras, e depois medir a rapidez com que estão a recuar. A outra técnica principal de medir a expansão do universo envolve fazer observações do universo distante e, em seguida, calcular a rapidez com que o cosmos está se expandindo por meio de dedução.
Mas, novamente, estes métodos não estão de acordo. A Supernova Hope, no entanto, poderia atuar como uma ponte entre as duas técnicas.
Einstein dá uma mão
Lente gravitacional é um efeito previsto na teoria magnum opus da gravidade de Albert Einstein, que foi criada em 1915 e é chamada de “relatividade geral.”
A relatividade geral sugere que objetos com massa causam a deformação do espaço-tempo, a unificação quadridimensional do espaço e do tempo, com a gravidade decorrente desta curvatura. Quanto maior a massa do objeto, mais extrema será a deformação do espaço e, portanto, maior será a influência gravitacional que esse objeto tem. Isto é o que faz com que as luas orbitem planetas, os planetas orbitem estrelas e as estrelas orbitem buracos negros supermassivos.
Esta deformação do espaço-tempo também tem outro efeito interessante. Quando a luz passa por um objeto com forte influência de deformação, um objeto que agora chamaremos de “lente gravitacional”, o caminho da luz se curva em torno da deformação do objeto. O caminho que a luz percorre depende de quão perto ela chega da lente gravitacional.
Isso significa que a luz do mesmo objeto pode seguir caminhos curvados em graus e comprimentos diferentes. Portanto, essa luz pode chegar a telescópios como o JWST em momentos diferentes. É assim que um objeto de fundo com lente pode parecer “manchado” como caramelo ou aparecer em vários lugares na mesma imagem.
Isto é o que está acontecendo com a supernova Hope nesta imagem quando sua luz passa pela lente gravitacional G165.
“As lentes gravitacionais são importantes para esta experiência. A lente, que consiste num aglomerado de galáxias situado entre a supernova e nós, curva a luz da supernova em múltiplas imagens,” disse Frye. “Isso é semelhante a como um espelho de maquiagem triplo apresenta três imagens diferentes de uma pessoa sentada em frente a ele.”
O investigador da Universidade do Arizona explicou que o efeito foi demonstrado mesmo diante dos olhos da equipa na imagem G165 JWST, onde a imagem central da supernova parecia invertida em relação às outras duas imagens.
“Para obter três imagens, a luz percorreu três caminhos diferentes. Como cada caminho tinha um comprimento diferente e a luz viajava à mesma velocidade, a supernova foi fotografada nesta observação do JWST em três momentos diferentes durante a sua explosão,” continuou Frye. “Na analogia do espelho triplo, seguiu-se um intervalo de tempo em que o espelho da direita representava uma pessoa levantando um pente, o espelho da esquerda mostrava o cabelo sendo penteado e o espelho do meio mostrava a pessoa largando o pente.
“As imagens triplas de supernovas são especiais. Os atrasos de tempo, a distância da supernova e as propriedades das lentes gravitacionais produzem um valor para a constante de Hubble.”
A equipe acompanhou a supernova Hope com o JWST, bem como com alguns instrumentos baseados na Terra, incluindo o telescópio MMT de 6,5 metros em Monte Hopkins e o Grande Telescópio Binocular no Monte Graham, ambos localizados no Arizona.
Isto levou a equipa a confirmar que a supernova Hope está ancorada numa galáxia de fundo bem atrás do aglomerado de lentes G165. A luz da explosão cósmica tem viajado para a Terra há 10,3 mil milhões de anos, o que significa que esta anã branca explodiu apenas 3,5 mil milhões de anos depois. o Large Bang.
“Um membro diferente da equipe fez outra medição do atraso de tempo, analisando a evolução de sua luz dispersa em suas cores constituintes ou ‘espectro’ do JWST, confirmando a natureza do Tipo Ia da supernova Hope”, disse Frye. “A Supernova Hope é uma das supernovas do Tipo Ia mais distantes observadas até hoje,”
Apesar de existir no universo primitivo, o valor da constante de Hubble fornecido pelas observações da supernova Hope parece corresponder às medições de outras velas padrão no universo native, discordando assim das medições de outros objetos no universo primitivo.
“Os resultados da nossa equipe são impactantes”, concluiu Frye. “O valor da constante de Hubble corresponde a outras medições no universo native e está um pouco em tensão com os valores obtidos quando o universo period jovem. As observações do JWST no Ciclo 3 irão melhorar as incertezas, permitindo restrições mais sensíveis na constante de Hubble.”
A pesquisa da equipe está em processo de revisão por pares antes da publicação.
