Reapariția întârziată a unei supernove ar putea stabili cât de repede se extinde universul

O călătorie șerpuitoare făcută de lumină dintr-o supernova îndepărtată din constelația Cetus îi poate ajuta pe cercetători să stabilească cât de repede se extinde universul – în alte două decenii.

Cu aproximativ 10 miliarde de ani în urmă, o stea a explodat într-o galaxie îndepărtată numită MRG-M0138. O parte din lumina de la acea explozie a întâlnit mai târziu o lentilă gravitațională, un grup de galaxii a căror gravitație a îndoit lumina astfel încât să vedem mai multe imagini. În 2016, supernova a apărut pe cerul Pământului ca trei puncte distincte de lumină, fiecare marcând trei căi diferite pe care le-a parcurs lumina pentru a ajunge aici.

Acum, cercetătorii prevăd că supernova va apărea din nou la sfârșitul anilor 2030. Întârzierea – cea mai lungă văzută vreodată dintr-o supernovă cu lentile gravitaționale – ar putea oferi o estimare mai precisă a distanței până la galaxia gazdă a supernovei, informează echipa pe 13 septembrie în Astronomia naturii. Și asta, la rândul său, îi poate permite astronomilor să perfecționeze estimările constantei Hubble, parametrul care descrie cât de repede se extinde universul.

Cele trei puncte de lumină originale au apărut în imaginile de la telescopul spațial Hubble. „A fost pur și simplu un accident”, spune astronomul Steve Rodney de la Universitatea din Carolina de Sud din Columbia. Trei ani mai târziu, când Hubble a reobservat galaxia, astronomul Gabriel Brammer de la Universitatea din Copenhaga a descoperit că toate cele trei puncte de lumină dispăruseră, indicând o supernova.

Calculând modul în care gravitația clusterului intermediar modifică calea pe care o parcurg razele de lumină ale supernovei, Rodney și colegii săi prevăd că supernova va apărea din nou în 2037, mai puțin de câțiva ani. În acea perioadă, Hubble ar putea arde în atmosferă, așa că echipa lui Rodney numește supernova „SN Requiem”.

„Este un recviem pentru o stea pe moarte și un fel de elegie pentru telescopul spațial Hubble însuși”, spune Rodney. Un al cincilea punct de lumină, prea slab pentru a fi văzut, ar putea ajunge și el în jurul anului 2042, calculează echipa.

imagine a mai multor galaxii îndepărtate, cu etichete pe punctele SN1, SN2, SN3, SN4 și SN5
Într-o altă imagine Hubble a clusterului de galaxii MACS J0138.0-2155, clusterul a împărțit lumina dintr-o supernovă în trei puncte, SN1, SN2 și SN3. Celelalte două puncte, SN4 și SN5, sunt predicții despre unde va apărea lumina din supernova în anii următori.S. Rodney et al/Astronomia naturii 2021

Întârzierea estimată de 21 de ani – din 2016 până în 2037 – este un record pentru o supernovă. În schimb, prima lentilă gravitațională găsită vreodată – imagini gemene ale unui quasar observat în 1979 – are o întârziere de numai 1,1 ani (SN: 11/10/1979).

Nu toată lumea este de acord cu prognoza lui Rodney. „Este foarte dificil de prezis care va fi întârzierea”, spune Rudolph Schild, astrofizician la Centrul Harvard-Smithsonian pentru Astrofizică din Cambridge, Massachusetts, care a fost primul care a măsurat întârzierea dublu de quasar. Distribuția materiei întunecate în galaxia care găzduiește supernova și clusterul care împarte lumina supernovei este atât de incertă, spune Schild, încât următoarea imagine a SN Requiem ar putea veni în afara anilor specificati de echipa lui Rodney.

În orice caz, atunci când apare imaginea supernovei, „ar fi o măsurare fenomenal de precisă” a întârzierii, spune Patrick Kelly, astronom la Universitatea din Minnesota din Minneapolis, care nu a fost implicat în noua lucrare. Acest lucru se datorează faptului că incertitudinea în întârziere va fi mică în comparație cu durata enormă a întârzierii în sine.

Această întârziere, împreună cu o descriere precisă a modului în care razele de lumină trec prin clusterul de galaxii, ar putea afecta dezbaterea asupra constantei Hubble. Din punct de vedere numeric, constanta Hubble este viteza cu care o galaxie îndepărtată se retrage de la noi împărțită la distanța până la acea galaxie. Pentru o galaxie dată cu o viteză cunoscută, o distanță estimată mai mare duce, prin urmare, la un număr mai mic pentru constanta Hubble.

Acest număr a fost odată în dispută cu un factor de doi. Astăzi intervalul este mult mai restrâns, de la 67 la 73 de kilometri pe secundă pe megaparsec. Dar această răspândire lasă încă nesigură vârsta universului. Vârsta frecvent citată de 13,8 miliarde de ani corespunde unei constante Hubble de 67,4. Dar dacă constanta Hubble este mai mare, atunci universul ar putea fi cu aproximativ un miliard de ani mai tânăr.

Cu cât durează mai mult până când SN Requiem reapare, cu atât galaxia gazdă este mai departe de Pământ, ceea ce înseamnă o constantă Hubble mai mică și un univers mai vechi. Deci, dacă dezbaterea asupra constantei Hubble persistă în anii 2030, data exactă la care supernova readuce la viață ar putea ajuta la rezolvarea disputei și la stabilirea unui parametru cosmologic fundamental.