Новые горизонты астрономии: как взрывы белых карликов меняют наше понимание темной энергии

Недавние исследования, основанные на каталоге почти 3000 белых карликов, которые взорвались как сверхновые типа Ia после "переедания" от компаньонов, указывают на то, что темная энергия, загадочная сила, ускоряющая расширение Вселенной, изменяется со временем. Это открытие, в сочетании с данными из Темной Энергетической Обсерватории (Dark Energy Survey, DES), подтверждает результаты, полученные с помощью Темного Энергетического Спектроскопического Инструмента (Dark Energy Spectroscopic Instrument, DESI), опубликованные в 2024 году, которые предполагают ослабление влияния темной энергии. Таким образом, работа команды не только представляет самый обширный каталог сверхновых типа Ia, но и предоставляет наиболее ясную картину эволюции Вселенной и влияния темной энергии. "Мы собрали 30 лет астрономических наблюдений в единую, согласованную структуру," — отметил участник команды Райан Камиллери из Университета Квинсленда. "Мы объединили наши данные с другими космическими измерениями, включая реликтовый свет от Большого Взрыва и карты распределения галактик в пространстве."

Как взрывающие белые карлики рассказывают о темной энергии?

Белые карлики — это тлеющие остатки звезд, которые остаются после того, как звезды с массой, сопоставимой с солнечной, исчерпывают топливо для термоядерного синтеза в своих ядрах. Это завершает внешнее давление, поддерживающее звезду против собственной гравитации, что приводит к коллапсу ядра и сбросу внешних слоев. Ядро становится белым карликом, и для одиночных звезд это конец. Однако около 50% звезд с массой, подобной солнечной, имеют бинарного компаньона, что может привести к возобновлению активности и изменению судьбы звезды. Если белый карлик и его компаньон находятся достаточно близко друг к другу, мертвая звезда начинает снимать внешние слои своего компаньона. Когда этот материал накапливается на белом карлике, его масса превышает так называемый предел Чандрасекара, что позволяет ему взорваться как сверхновая. Эти космические взрывы называются сверхновыми типа Ia, и их световая мощность настолько однородна, что эти события называют стандартными свечами. Измеряя, как их свет был крассмещен в процессе путешествия, сверхновые типа Ia могут использоваться для измерения космических расстояний. "С годами мы узнали гораздо больше о том, как ведут себя сверхновые, поэтому мы смогли вернуться и применить это улучшенное понимание к более старым данным," — сказал Камиллери. "Была проведена обширная работа по связыванию наблюдений из различных телескопов с различными возможностями и учету таких факторов, как космическая пыль и масса галактик, которые могут влиять на свет, исходящий от сверхновой."

Влияние новых данных на понимание темной энергии

Совместно с результатами DESI 2024, это исследование может изменить наше представление о том, что такое темная энергия. "Наши данные о сверхновых из DES в 2024 году впервые показали намеки на то, что темная энергия может изменяться со временем, и этот новый компиляция также наблюдает отклонение от стандартной модели, хотя и в несколько другом направлении," — отметил Дэвис. "Аналогично, результаты DESI нашли намеки на вариации темной энергии в своих исследованиях реликтовых звуковых волн из ранней Вселенной." Таким образом, два совершенно независимых измерения нашли намеки на временные изменения в темной энергии, бросая вызов стандартной модели, согласно которой темная энергия не меняется. Дэвис добавил, что, помимо раскрытия того, что такое темная энергия, это исследование может также содержать ключ к объяснению того, как гравитация и квантовая физика могут быть объединены. Хотя квантовая физика (наша лучшая теория о том, как работает Вселенная на субатомных масштабах) и теория относительности Эйнштейна (наша лучшая картина гравитации) были весьма успешны в своих областях, ученые до сих пор не смогли объединить их. Другими словами, не существует теории квантовой гравитации. "Мы знаем, что эти две теории каждая успешна в своих областях, поэтому если мы сможем понять, как их объединить, это будет огромным шагом в теоретической физике," — продолжил Дэвис. Это усилие получит дополнительный импульс, когда данные будут добавлены к уже обширному каталогу сверхновых типа Ia команды. Это будет включать наблюдения из программы Темной Энергетической Базовой Суперновой (Dark Energy Bedrock All-Sky Supernova program, DEBASS), которая обнаруживает сотни новых локальных сверхновых, чем даже DES. Результаты команды доступны на репозитории arXiv.