טלסקופ החלל ווב גילה סופרנובה המעדכנת את קבוע האבל – קצב התפשטות היקום

גילוי SN H0pe, סופרנובה רחוקה שנצפתה בשלושה שכפולים באמצעות עידוש כבידתי, אפשרה לחוקרים למדוד במדויק את קבוע האבל בתקופות שונות, ולחשוף תובנות לגבי קצב התפשטות היקום

באמצעות טלסקופ החלל ג'יימס ווב, הצליחו אסטרונומים לשכלל את מדידת קבוע האבל על ידי מחקר SN H0pe, סופרנובה מסוג Ia שנצפית מכדור הארץ דרך עדשת כבידה. גישה זו, המשלבת עידוש כבידתי ותצפיות עיכוב זמן, מציעה קביעה מדויקת יותר של קצב התפשטות היקום, ומסייעת ליישב כמה הבדלים בין מדידות קודמות.

מדידת קבוע האבל, המגדיר את קצב התפשטות היקום, היא תחום מחקר דינמי עבור אסטרונומים ברחבי העולם. חוקרים אלה מנתחים נתונים ממצפי כוכבים קרקעיים וטלסקופי חלל. טלסקופ החלל ג'יימס ווב של נאס"א כבר תרם תרומות משמעותיות לדיון זה. מוקדם יותר השנה, אסטרונומים השתמשו בנתוני ווב שכללו משתנים קפאידיים וסופרנובות מסוג Ia – שניהם סמני מרחק קוסמיים אמינים – כדי לאמת מדידות קודמות של קצב התפשטות היקום שנעשו על ידי טלסקופ החלל האבל.

באמצעות עידוש כבידתי, חוקרים משתמשים בשיטת מדידה עצמאית כדי לשפר עוד יותר את הדיוק של קבוע האבל – סופרנובות עם עדשת כבידה. ברנדה פריי מאוניברסיטת אריזונה, וצוות של חוקרים רבים ממוסדות שונים ברחבי העולם, מובילים את המאמץ הזה לאחר גילוי שלוש נקודות אור לכיוון צביר גלקסיות מרוחק ומאוכלס בצפיפות. אנו מזמינים את ד"ר פריי לספר לנו עוד על מה שהצוות כינה סופרנובה H0pe וכיצד אפקטים של עידוש כבידתי מספקים תובנות לגבי קבוע האבל:

"הכל התחיל בשאלה אחת של הצוות: 'מהן שלוש הנקודות האלה שלא היו שם קודם? יכול להיות שזו סופרנובה?' נקודות האור, שלא נראו בהדמיה של אותו צביר על ידי טלסקופ האבל ב-2015, היו ברורות כאשר התמונות של PLCK G165.7+67.0 הגיעו לכדור הארץ מתוכנית 'אשכולות' של ווב לאזורים חוץ-גלקטיים ראשוניים למדע היינון והעדשה (PEARLS). הצוות מציין כי השאלה הייתה הראשונה שקפצה לראש מסיבה טובה: 'השדה של G165 נבחר לתוכנית זו בשל קצב היווצרות כוכבים גבוה של יותר מ-300 מסות שמש בשנה, תכונה המתואמת עם שיעורי סופרנובה גבוהים יותר.'"

טלסקופ החלל ג'יימס ווב של סוכנות החלל הלאומית אמריקה (NASA) מציג תמונת NIRCam (מצלמת אינפרא אדום קרוב) של צביר הגלקסיות PLCK G165.7+67.0, הידוע גם בשם G165, משמאל, שמראה את ההשפעה המגדלת שיכולה להיות לצביר קדמי על היקום הרחוק שמעבר. האזור המוגדל מימין מראה את סופרנובה H0pe מצולמת משולשת (מסומנת בעיגולים מקווקווים לבנים) עקב עידוש כבידתי. העדשה, המורכבת מצביר גלקסיות הנמצא בין הסופרנובה לבינינו, מכופפת את אור הסופרנובה למספר תמונות. כדי להשיג שלוש תמונות, האור נע לאורך שלושה נתיבים שונים. מכיוון שלכל נתיב היה אורך שונה, והאור נע באותה מהירות, הסופרנובה צולמה בתצפית זו של ווב בשלושה זמנים שונים במהלך התפוצצותה. הסופרנובה בעלת התמונה המכפילה מציעה לאסטרונומים דרך ייחודית לחשב ערך חדש עבור קבוע האבל – הקצב שבו היקום מתרחב.

ניתוחים ראשוניים אישרו כי נקודות אלה התאימו לכוכב מתפוצץ, כוכב בעל תכונות נדירות. ראשית, מדובר בסופרנובה מסוג Ia, פיצוץ של כוכב ננס לבן. סוג זה של סופרנובה נקרא בדרך כלל "נר סטנדרטי", כלומר לסופרנובה הייתה בהירות פנימית ידועה. שנית, היא מופיעה לעינינו דרך עדשה כבידתית.

חשיבות העידוש הכבידתי

העדשה, המורכבת מצביר גלקסיות הנמצא בין הסופרנובה לבינינו, מכופפת את אור הסופרנובה למספר תמונות. הדבר דומה לאופן שבו מראת ההבלים משולשת מציגה שלוש תמונות שונות של אדם היושב מולה. בתמונה של ווב זה הודגם ממש לנגד עינינו בכך שהתמונה האמצעית התהפכה ביחס לשתי התמונות האחרות, אפקט 'עידוש' שנחזה על ידי התיאוריה.

כדי להשיג שלוש תמונות, האור נע לאורך שלושה נתיבים שונים. מכיוון שלכל נתיב היה אורך שונה, והאור נע באותה מהירות, הסופרנובה צולמה בתצפית זו של ווב בשלושה זמנים שונים במהלך התפוצצותה. באנלוגיית המראה המשולשת נוצר עיכוב זמן שבו המראה הימנית הציגה אדם מרים מסרק, המראה השמאלית הראתה שיער מסורק והמראה האמצעית הציגה את האדם מניח את המסרק.

סופרנובה בשלבי התפוצצות שונים

תמונות סופרנובה משולשות הן מיוחדות: עיכובי הזמן, מרחק הסופרנובה ותכונות העידוש הכבידתי מניבים ערך עבור קבוע האבל או H0 (מבוטא H-naught). הסופרנובה נקראה SN H0pe מכיוון שהיא נותנת לאסטרונומים תקווה להבין טוב יותר את קצב ההתפשטות המשתנה של היקום.

במאמץ לחקור את SN H0pe עוד יותר, צוות אשכולות הפנינים כתב הצעת זמן שיקול דעת של מנהל טלסקופ ג'יימס ווב (DDT) שהוערכה על ידי מומחי מדע בסקירה אנונימית כפולה והומלצה על ידי קבוצת מדיניות המדע של ווב לתצפיות DDT. במקביל, נרכשו נתונים בטלסקופ מקבץ מטאל (MMT), טלסקופ בקוטר 6.5 מטר בהר הופקינס, ובטלסקופ הדו-עיני הגדול בהר גרהם, שניהם באריזונה. בניתוח שתי התצפיות, הצוות הצליח לאשר כי SN H0pe מעוגן לגלקסיית רקע, הרחק מאחורי הצביר, שהתקיימה 3.5 מיליארד שנים לאחר המפץ הגדול.

SN H0pe היא אחת הסופרנובות המרוחקות ביותר מסוג Ia שנצפו עד כה. חבר צוות אחר ביצע מדידת עיכוב זמן נוספת על ידי ניתוח האבולוציה של האור שלו המפוזר לצבעים המרכיבים אותו או ל'ספקטרום' של ווב, מה שאישר את אופי סוג Ia של SN H0pe. שבע תת-קבוצות תרמו מודלים של עדשות המתארים את התפלגות החומר הדו-ממדית של צביר הגלקסיות. מכיוון שהסופרנובה מסוג Ia היא נר סטנדרטי, כל דגם של עדשה 'דורג' על ידי יכולתו לחזות את עיכובי הזמן ואת בהירות הסופרנובה ביחס לערכים הנמדדים האמיתיים. כדי למנוע הטיות, התוצאות סונוורו מהקבוצות העצמאיות הללו ונחשפו זו לזו ביום ובשעה שהוכרזו של 'חיים ללא סינוור'.

מדידת קבוע האבל

הצוות מדווח על הערך של קבוע האבל כ-75.4 קילומטר לשנייה למגה-פארסק, עם סטיה של 8.1 כלפי מעלה או 5.5 כלפי מטה. [פארסק אחד שווה ערך למרחק של 3.26 שנות אור.] זוהי רק המדידה השנייה של קבוע האבל בשיטה זו, והפעם הראשונה באמצעות נר רגיל. החוקר הראשי של תוכנית PEARLS אמר, 'זוהי אחת התגליות הגדולות של ווב, והיא מובילה להבנה טובה יותר של פרמטר בסיסי זה של היקום שלנו.'"

המסקנות של המחקר הן שהערך קבוע האבל תואם למדידות אחרות ביקום המקומי, והוא נמצא במתח מסוים עם ערכים שהתקבלו כאשר היקום היה צעיר. תצפיות נוספות של ווב עשויים לצמצם את חוסר הוודאות הזה."

עוד בנושא באתר הידען:

• אם יש כוכב לכת קטן, הוא יתגלה
• חורים שחורים ומרחפים תמונות שסיפק טלסקופ החלל האבל
• טלסקופ באנטראטיקה מציע מפה של פיזור החומר האפל ביקום
• טלסקופ החלל שפיצר מגלה זוג חורים שחורים
• ‫חלל – סופר-סופרנובות / אבישי גל-ים‬