Ett unikt dataset med supernovor av typ Ia som släpps idag kan förändra hur kosmologer mäter universums expansionshistoria.
Dr Mathew Smith och Dr Georgios Dimitriadis från Lancaster University är båda medlemmar i Zwicky Transient Facility (ZTF), en astronomisk undersökning av himlen med en ny kamera monterad på Samuel Oschin-teleskopet vid Palomar-observatoriet i Kalifornien. Arbetet publiceras i tidskriften Astronomy & Astrophysics.
Supernovor av typ Ia är dramatiska explosioner av vita dvärgstjärnor i slutet av deras liv. Kosmologer använder dem för att undersöka avstånd över universum genom att jämföra deras flöden, eftersom längre objekt verkar svagare.
Dr Smith, astrofysiker vid Lancaster och medansvarig för ZTF SN Ia DR2-versionen, säger: ”Den här versionen ger en helt ny dataset för supernovakosmologi. Den öppnar dörren för nya upptäckter om både universums expansion och supernovornas grundläggande fysik.”
Det här är första gången som astrofysiker har tillgång till ett så stort och homogent dataset. Supernovor av typ Ia är sällsynta och inträffar ungefär en gång per tusen år i en typisk galax, men ZTF:s djup och undersökningsstrategi gör det möjligt för forskarna att upptäcka nästan fyra supernovor per natt. På bara två och ett halvt år har ZTF fördubblat antalet tillgängliga supernovor av typ Ia för kosmologi som samlats in under de senaste 30 åren till nästan tre tusen.
Dr Mickael Rigault från Institut des deux Infinis de Lyon (CNRS / Claude Bernard University), chef för arbetsgruppen ZTF Cosmology Science, säger: ”Under de senaste fem åren har en grupp på trettio experter från hela världen samlat in, sammanställt, sammanställt och analyserat dessa data. Nu släpper vi den till hela samhället. Det här urvalet är så unikt i fråga om storlek och homogenitet att vi förväntar oss att det kommer att ha en betydande inverkan på kosmologin kring supernovor och leda till många nya upptäckter utöver de resultat vi redan har publicerat.”
ZTF-kameran, som är installerad på 48-tums Schmidt-teleskopet vid Palomar Observatory, skannar dagligen hela den norra himlen i tre optiska band och når ett djup på 20,5 magnituder – en miljon gånger svagare än de svagaste stjärnor som är synliga för blotta ögat. Denna känslighet gör att ZTF kan upptäcka nästan alla supernovor inom 1,5 miljarder ljusår från jorden.
Professor Kate Maguire från Trinity College Dublin, en av medförfattarna till studien, säger: ”Tack vare ZTF:s unika förmåga att snabbt och djupt skanna himlen har vi fångat flera supernovor inom några dagar – eller till och med timmar – efter explosionen, vilket ger nya insikter om hur de slutar sina liv.”
Accelerationen av universums expansion, som belönades med Nobelpriset 2011, upptäcktes i slutet av 90-talet med hjälp av cirka hundra av dessa supernovor. Sedan dess har kosmologer undersökt orsaken till denna acceleration som orsakas av den mörka energin som spelar rollen som en antigravitationskraft i hela universum.
Professor Ariel Goobar, chef för Oskar Klein-centret i Stockholm, en av ZTF:s grundande institutioner, och även medlem i det team som upptäckte universums accelererade expansion 1998, säger: ”I slutändan är målet att besvara en av vår tids största frågor inom grundläggande fysik och kosmologi, nämligen vad universum till största delen består av? För det behöver vi data från ZTF-supernovorna.”
Ett av de viktigaste resultaten av dessa studier är att supernovor av typ Ia i sig varierar som en funktion av sin värdmiljö, mer än vad som tidigare förväntats, och att den korrigeringsmekanism som hittills antagits måste ses över. Detta kan förändra hur vi mäter universums expansionshistoria och kan få viktiga konsekvenser för den nuvarande avvikelsen som observerats i kosmologins standardmodell.
Dr Rigault säger: ”Med detta stora och homogena dataset kan vi utforska supernovor av typ Ia med en aldrig tidigare skådad precision och noggrannhet. Detta är ett avgörande steg mot att finslipa användningen av typ Ia-supernovor i kosmologin och bedöma om nuvarande avvikelser i kosmologin beror på ny grundläggande fysik eller okända problem i vårt sätt att härleda avstånd.”
För mer information: M. Rigault et al, ZTF SN Ia DR2: Overview, Astronomy & Astrophysics (2024). DOI: 10.1051/0004-6361/202450388
