Szupernóvákkal keresik a sötét energiát

Az amerikai kutatók által irányított, de több ország (Svédország, Japán, Olaszország, Franciaország, Spanyolország, Nagy-Britannia, Kanada) tudományos intézeteivel közösen működtetett Supernova Cosmology Project (SCP) résztvevői arra vállalkoztak, hogy a kozmológiai szempontból fontosnak tekintett szupernóvák lehető legalaposabb vizsgálata révén segítsék megválaszolni az univerzum összetételére, fejlődésére és szerkezetére vonatkozó, a mai napig nyitott kérdéseket.

Az Ia típusú szupernóvák a klasszikus elképzelés szerint kettős rendszerekben lévő, a társcsillaguktól túl sok anyagot elszívó fehér törpecsillagok végzetes gravitációs összeomlására vezethetőek vissza. A jelenlegi elméletek alapján a fehér törpék kritikus tömege pontosan behatárolt (kb. 1,4 naptömeg), ezért ezeknek a csillagrobbanásoknak az univerzum minden pontján közel azonos energiával kellene megtörténniük. Ez elméletileg remek lehetőséget teremt a precíz kozmikus távolságmérésre, és további fontos kozmológiai paraméterek pontos kiszámítására.

Bár a folyamatosan gyarapodó megfigyelések azt bizonyítják, hogy az Ia típusú szupernóvák mégsem teljesen egyformák (ráadásul az utóbbi időben egyre inkább úgy tűnik, hogy mégiscsak létezhetnek 1,4 naptömegnél nehezebb fehér törpék, és hogy más folyamatok is vezethetnek ilyen típusú csillagrobbanásokhoz), ezek az objektumok a megfelelo szűrések és adatfeldolgozási korrekciók elvégzése mellett továbbra is a legmegfelelőbb célcsoportot alkotják a kozmológiai vizsgálódáshoz.

Az egyik legizgalmasabb kérdés az univerzum összetételével illetve dinamikájával kapcsolatos: vajon tényleg létezik-e a titokzatos sötét energia (melyről a jelenlegi elméletek többsége azt feltételezi, hogy a Világegyetem energiasűrűségének csaknem háromnegyedét teszi ki), és ha igen, milyen hatással van az univerzum fejlődésére. A sötét energia rejtélye csaknem száz évvel ezelott kezdődött, mikor Albert Einstein - hogy az általa felírt kozmológiai egyenleteket egy időben változatlan világegyetem is kielégítse - egy kozmológiai állandóval (lambda) egészítette ki elméletét. Később ezt visszavonta, sőt, élete legnagyobb tévedésének nevezte, ám jelenleg úgy tűnik, valamilyen formában mégiscsak igaza volt.

Néhány szakember a kilencvenes évek végén, éppen az Ia típusú szupernóvák vizsgálata alapján mutatott rá, hogy a világegyetem nagy valószínűséggel egyre gyorsulva tágul, és ez az általánosan használt modellekben pont egy lambda-jellegű (a gravitációval ellentétes hatást kifejtő) tag bevezetésével vehető figyelembe.

Az utóbbi tíz évben a kutatók rengeteg munkát fektettek a sötét energiának nevezett hatásmechanizmus megértésébe, de ez eddig csak részben sikerült. Ha elfogadjuk a sötét energia létét (vannak ezt elvető, és például módosított gravitációs törvénnyel számoló elméletek is), akkor a jelenlegi megfigyelések arra utalnak, hogy a világegyetem anyagát 70 százalékban ez az energiaforma teszi ki. Ezt a szupernóva-adatok mellett a mikrohullámú kozmikus háttérsugárzás fluktuációinak, illetve a galaxisok nagyléptékű eloszlásának vizsgálatai is megerősítik. A fő cél ennek az aránynak a lehető legpontosabb meghatározása, ugyanis az Univerzum dinamikai modelljei már egészen kis eltérések hatására is jelentősen változhatnak.

Az SCP program résztvevői a napokban jelentették be, hogy az eddigi legnagyobb, 557 db Ia típusú szupernóva fénygörbéit és nagy felbontású színképeit tartalmazó adatbázisuk segítségével határozták meg a kozmológiai paraméterek értékeit. A kutatók a kozmológiában használatos állapotegyenlet w paraméterére (melynek a sötét energia dominanciája esetében -1 körüli értéket kell adnia) -0,997-es illetve -1,035-ös értéket kaptak, attól függően, hogy sík vagy görbült téridőt vettek alapul.

A kiterjedt szupernóva-mintán végzett elemzések is alátámasztani látszanak a nagy mennyiségű sötét energiával kalkuláló modellek érvényességét. Legalábbis az Univerzum kb. 6 milliárd éves koráig visszanézve, ugyanis az ennél távolabbi szupernóvák esetében a kutatócsoport tagjai már óvatosságra intenek az eredményekkel kapcsolatban. Ahhoz, hogy a nagyon távoli objektumok esetében is megbízható eredmények szülessenek, további elemzésekre és még bővebb mintákra lesz szükség - ez pedig lehetőséget teremthet a kozmológiai paraméterek időbeli változásának meghatározásához.