A ilusão cósmica revelada
Primeiro exemplo de forte lente gravitacional de uma supernova
29 de abril de 2014
Ilustração esquemática de ampliação de uma supernova por lente gravitacional
Uma equipe de pesquisadores liderada por Robert Quimby no Instituto Kavli para a Física e Matemática do Universo (Kavli IPMU) anunciou a descoberta de uma galáxia que engrandeceu a trinta supernova via lente gravitacional.
Este é o primeiro exemplo de uma forte lente gravitacional de uma
supernova e confirma explicação prévia da equipe para as propriedades
incomuns desta supernova.
A equipe também mostrou como tais descobertas de objetos de brilho
conhecido, como as supernovas tipo Ia (SNIA), poderia tornar-se muito
mais comuns do que se pensava possível.
A supernova SNIA visto através de lentes gravitacionais podem ser
usados para fazer uma medição direta da taxa de expansão do universo
(o parâmetro de Hubble), pelo que esta descoberta pode ter um impacto
significativo sobre a forma como a expansão cósmica é estudado no
futuro.
As supernovas do tipo Ia (SNIA) também são muito úteis para compreender
os componentes misteriosos do Universo, como a energia escura ea
matéria escura. SNIA têm luminosidades pico notavelmente semelhantes, independentemente de onde eles acontecem no Universo.
Essa propriedade permite que os astrônomos usam SNIA como "velas
padrão" para medir a distância cosmológica independente da expansão do
Universo. Medição de distância com SNIA foi a chave para a descoberta da expansão acelerada do Universo (2011 Prêmio Nobel de Física).
Em 2010, uma supernova chamada PS1-10afx se que demonstrou a mesma cor e
curva de luz (a mudança de brilho ao longo do tempo) como uma supernova
Tipo Ia, mas seu brilho máximo foi de 30 vezes maior do que o esperado.
Esta descoberta foi feita usando o Telescópio do Levantamento
Panorâmica e Sistema de Resposta Rápida 1 (Pan-STARRS1, um telescópio
localizado no Havaí que pode imaginar todo o céu visível várias vezes
por mês). Esta anomalia levou alguns a concluir que era um tipo completamente novo de supernova superluminous. "PS1-10afx parecia muito com uma supernova Tipo Ia", diz Quimby ", mas era muito brilhante."
"No futuro, quando um alvo é identificado como um possível lensed
supernova Tipo Ia", diz Quimby, "de alta resolução observações de
acompanhamento podem ser tomadas para resolver os componentes
individuais da imagem." Cada imagem vem da mesma fonte, mas viagens um
comprimento de caminho diferente no seu caminho para o observador, para
que haja uma diferença de tempo de chegada entre estas imagens de
supernovas múltiplas.
Se esse "atraso" pode ser medido, um teste direto da expansão cósmica é
possível, a expansão mais rápida leva a atrasos de tempo mais curtos.
Ao cronometrar os atrasos precisamente e comparando estes com o atraso
esperado a partir da geometria da lente, história da expansão do
universo pode ser directamente deduzida.
Quimby continua: "O método de descoberta e seleção temos trabalhada
pode, assim, em breve melhorar a nossa compreensão do nosso universo em
expansão."
Detalhes técnicos da constatação
A física de supernovas Tipo Ia foram estudadas em pormenor ao longo das
últimas três décadas, e não há nenhuma maneira conhecida para produzir
uma supernova Tipo Ia com cores normais e uma curva de luz normal, mas
uma luminosidade substancialmente maior.
"Geralmente, as supernovas raros que foram encontrados para brilhar
mais forte do que o tipo Ia costumam ter temperaturas mais altas (cores
mais azuis) e tamanhos físicos maiores (e, portanto, as curvas mais
lentas luz)", Quimby continua, "Nova física seria assim obrigado a
explicar PS1 -10afx como uma supernova intrinsecamente luminosa ".
"Nós encontramos uma segunda explicação", diz Marcus Werner, Físico
Matemático no Kavli IPMU ", e é necessário apenas física bem
demonstrado: lente gravitacional.
Se houvesse uma galáxia massiva na frente de PS1-10afx, pode deformar o
espaço-tempo para formar imagens ampliadas do supernova. "
"Embora as observações disponíveis eram consistentes com a hipótese de
nossa equipe, que precisávamos para responder à pergunta: Onde estava a
galáxia lente", diz Anupreeta More, astrônomo do Kavli IPMU, "Os dados
existentes mostram claramente a presença do exército do supernova
galáxia, mas não havia nenhuma evidência para a galáxia em primeiro
plano necessário. Em seguida, tentou encontrar as provas. "
Em setembro de 2013, a equipe de Quimby partiu para encontrar a lente escondida.
Usando o Low-Resolution Imaging Spectrograph no 10 metros Keck
I-telescópio localizado no Havaí, eles passaram 7 horas coleta de
iluminação no local de PS1-10afx, que tinha até então desapareceu em si
(Figura 1).
"Depois de uma cuidadosa extrair o sinal a partir dos dados, tivemos a
confirmação." Mais continua, "Enterrado no brilho da galáxia
relativamente brilhante, encontramos uma segunda galáxia em primeiro
plano (Figura 2). Esta segunda galáxia era fraco o suficiente para já passou despercebido. Mas a nossa análise mostrou que ainda era o tamanho certo para explicar o efeito de lente gravitacional de PS1-10afx ".
"Nós tínhamos existente previsões de que uma supernova Tipo Ia
gravitacionalmente lensed seria parecido", diz Masamune Oguri, do
Departamento de Física da Universidade de Tóquio, "Mas o pequeno tamanho
desta galáxia lente ea grande ampliação produziu não era exatamente o
que nós estávamos esperando para a primeira descoberta. "Oguri
continua:" No entanto, este sistema pode muito bem revelar-se típico de
descobertas que estão por vir.
Porque supernovas mais distantes são mais propensos a ser
gravitacionalmente lensed, supernovas lensed normalmente são altamente
ampliada e localizado no universo distante. "
A conseqüência disso é que a maioria das supernovas Tipo Ia
gravitacionalmente lensed que serão encontrados com futuras pesquisas
usando instrumentos como o telescópio sinóptico Grande vindo Pesquisa
podem ser identificados por suas cores;
o desvio para o vermelho maior, supernovas gravitacionalmente lensed
ser mais vermelho do que os objetos mais próximos, un-lensed. "Nossa nova abordagem nos permite encontrar eventos lensing fortes não resolvidos produzidos por essas galáxias de baixa massa.
Assim, o número esperado de gravitacionalmente lensed supernovas Tipo
Ia ser encontrado em levantamentos futuros aumentos por uma ordem de
magnitude ", diz Oguri.
Animação esquemática do Supernova PS1-10afx sendo gravitacionalmente lensed por uma galáxia entre a supernova e nós. O
painel superior mostra o efeito de um forte efeito de lente
gravitacional, que produz várias imagens de PS1-10afx e dá origem a uma
ampliação de 30 vezes observada como líquido. O painel inferior mostra PS1-10afx sem a lente gravitacional. Tais
supernovas lensed pode ser usado para determinar com precisão a taxa de
expansão do Universo se as imagens múltiplas de pode ser prontamente
observado com alta resolução angular. Crédito: Surhud More, Kavli IPMU. Imagens de galáxias: projeto Hubble Heritage ESA e NASA o SDSS.
Resumo do papel da ciência
Objetos de brilho conhecido, como as supernovas tipo Ia (SNIA), pode ser usado para medir distâncias.
Se um objeto de grande massa distorce o espaço-tempo para formar várias
imagens de uma SNIA fundo, um teste direto da expansão cósmica também é
possível. No entanto, estes eventos de lentes deve primeiro ser distinguido de outros fenómenos raros.
Recentemente, uma supernova foi encontrado para brilhar muito mais
brilhante do que o normal para a sua distância, o que resultou em um
debate: Era um novo tipo de supernova superluminous ou SNIA normal,
ampliada por uma lente gravitacional escondido?
Aqui, mostramos que um espectro obtido após a supernova desapareceu
mostra a presença de uma galáxia, o primeiro encontrado para ampliar
fortemente a SNIA primeiro plano. Discutimos como mais lensed SNIA pode ser encontrada do que o previsto anteriormente.
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