A NASA teleszkópja 100 000 kozmikus robbanást fog rögzíteni

A kozmikus robbanások fontos nyomokat adnak az univerzum legnagyobb rejtélyeinek feloldásához. Az egyik ilyen a sötét energia, az a rejtélyes nyomás, amelyről úgy gondolják, hogy felgyorsítja az univerzum tágulását.

„Akár a sötét energiát, a haldokló csillagokat, a galaktikus erőműveket, vagy akár teljesen új dolgokat is szeretnél felfedezni, amelyeket még soha nem láttunk, ez a felmérés egy igazi aranybánya lesz” – mondta Benjamin Rose, a wacói Baylor Egyetem adjunktusa, aki a kutatás vezetője volt. A tanulmány a The Astrophysical Journal-ban jelent meg.

A High-Latitude Time-Domain Survey (Magas Szélességi Idő-Domain Felmérés) elnevezésű program a következő két évben minden ötödik nap ugyanazt a nagy területet figyeli meg az égbolton. A tudósok össze fogják fűzni ezeket a megfigyeléseket, hogy olyan mozgóképeket alkossanak, amelyek mindenféle kozmikus tűzijátékot feltárnak.

Kiemelkednek közülük a robbanó csillagok. A felmérés elsősorban egy különleges típusú szupernóvát, az Ia típusú szupernóvákat célozza. Ezek a csillagi katasztrófák lehetővé teszik a tudósok számára, hogy mérjék a kozmikus távolságokat és nyomon kövessék az univerzum tágulását, mivel ezek nagyjából ugyanakkora belső fényerővel érik el csúcsukat. Az, hogy a világegyetem milyen gyorsan tágult különböző kozmikus korszakokban, nyomokat adhat a sötét energiáról.

Az új kutatásban a tudósok a Roman Teleszkóp egész High-Latitude Time-Domain Survey-jét szimulálták. Az eredmények azt sugallják, hogy a Roman körülbelül 27 000 Ia típusú szupernóvát is láthat, ami mintegy 10-szerese az eddigi összes felmérés eredményének.

A szupernóvák teljes számának drámai növelése mellett a Roman a távcsövek határait is kitolja azzal, hogy mennyire messzire képes látni őket az időben. Míg az eddig észlelt többségük körülbelül a legutóbbi 8 milliárd évben keletkezett, a Roman várhatóan hatalmas számú szupernóvát fog látni az univerzum történetének korábbi szakaszaiban, több mint 1000-et, amelyek több mint 10 milliárd éve robbantak ki, és potenciálisan tucatnyit, amelyek akár 11,5 milliárd évvel ezelőttről is származhatnak. Ez azt jelenti, hogy a Roman valószínűleg új rekordot állít fel a legmesszebbi Ia típusú szupernóva vonatkozásában, miközben mélyebb betekintést nyújt a korai univerzumról, és kitölti az univerzum fejlődésének megértésében meglévő kritikus hézagokat.

„A hiányzó adatok kitöltése a sötét energia megértésében is segíthet” – mondta Rose. „A bizonyítékok arra utalnak, hogy a sötét energia idővel változott, és a Roman segíteni fog abban, hogy megértsük ezt a változást, mivel olyan kozmikus történelemre irányítja a figyelmet, amelyet más távcsövek nem tudnak elérni.”

De az Ia típusú szupernóvák elbújnak egy sokkal nagyobb mintában a robbanó csillagok között, amelyeket a Roman látni fog, amint 2027-ben megkezdi tudományos működését. A csapat becslései szerint a Roman körülbelül 60 000 mag összeomlási szupernóvát is észlelhet, amelyek akkor keletkeznek, amikor egy hatalmas csillag kimeríti az üzemanyagát, és a saját súlya alatt összeroskad.

Ez más, mint az Ia típusú szupernóvák, amelyek bináris csillagrendszerekből származnak, amelyek legalább egy fehér törpét tartalmaznak – a Nap-szerű csillagok kicsi, forró magmaradványait –, amelyek anyagot szívnak el egy társ csillagtól. A mag összeomlási szupernóvák nem annyira hasznosak a sötét energia kutatásában, mint az Ia típusúak, de jeleik hasonlóak a kozmosz másik feléből érkezve.

„Ha megfigyeljük, hogyan változik egy objektum fénye az időben, és felbontjuk spektrumokra – egyedi színeket, amelyek mintákat tartalmaznak, és információt nyújtanak az objektumról, amely kibocsátotta a fényt – meg tudjuk különböztetni azokat a különböző típusú villanásokat, amelyeket a Roman látni fog” – mondta Rebekah Hounsell, a Maryland-Baltimore County Egyetem kutatási munkatársa, aki a NASA Goddard Űrrepülési Központjában dolgozik, és a tanulmány egyik társszerzője.

„Az általunk létrehozott adatbázissal a tudósok gépi tanulási algoritmusokat tudnak képezni, hogy megkülönböztessék az objektumok különböző típusait, és átválogassák a Roman adatáradatát, hogy megtalálják őket” – tette hozzá Hounsell. „Miközben az Ia típusú szupernóvák után kutatnak, a Roman rengeteg kozmikus 'mellékterméket' gyűjt – olyan jelenségeket, amelyek nem minden tudós számára hasznosak, de mások számára felbecsülhetetlen értékűek.”

Rejtett Kincsek

A Roman űrteleszkóp nagy, mély nézetei révén a tudósok azt mondják, hogy a felmérés valószínűleg rendkívül ritka és rejtett jelenségeket is felfed, beleértve még ritkább csillagrobbanásokat és széteső csillagokat is.

Amikor egy csillag közel kerül egy fekete lyukhoz, az intenzív gravitáció szétszaggathatja azt egy úgynevezett árapály-szakadásos esemény során. A csillagi maradványok felhevülnek, miközben a fekete lyuk körül keringenek, és olyan fényt hoznak létre, amelyet az asztronómusok az űr hatalmas területeiről is látni tudnak. A tudósok úgy vélik, hogy a Roman felmérése 40 árapály-szakadásos eseményt fog felfedezni, ami lehetőséget ad arra, hogy többet tudjunk meg a fekete lyukak fizikájáról.

A csapat azt is becsli, hogy a Roman körülbelül 90 szuperluminózus szupernóvát találhat, amelyek akár 100-szor fényesebbek, mint egy tipikus szupernóva. Nagy erejűek, de a tudósok nem teljesen biztosak abban, hogy miért. A több ilyen szupernóva megtalálása segíteni fog az asztronómusoknak különböző elméletek mérlegelésében.

Még ritkább és erősebb, hogy a Roman néhány kilonovát is észlelhet. Ezek a robbanások akkor keletkeznek, amikor két neutroncsillag – rendkívül sűrű magmaradványok, amelyek a szupernóvákból maradtak fenn – ütközik. Eddig csupán egyetlen egyértelmű kilonova-detektálás történt. A csapat azt becsüli, hogy a Roman akár öt újabb ilyen eseményt is felfedezhet.

Ez segíthet az asztronómusoknak abban, hogy többet tudjanak meg ezekről a rejtélyes eseményekről, beleértve azok végkimenetelét is. Jelenleg a tudósok nem tudják, hogy a kilonovák végül egyetlen neutroncsillagot, egy fekete lyukat vagy valami teljesen mást eredményeznek.

A Roman talán még néhány az univerzum első csillagjainak detonációit is észlelheti. Ezek a nukleáris kemencékként működő óriások akár több százszor nagyobbak is lehettek, mint a mi Napunk, és mentesek voltak a nehezebb elemekből, amelyek csak később alakultak ki.

Olyan hatalmasak voltak, hogy a tudósok úgy vélik, másképp robbantak fel, mint a mai hatalmas csillagok. Ahelyett, hogy a csillag összeomlott volna, ahogyan a mai hatalmas csillagoknál történik, az első csillagokban intenzív gamma-sugarak jöhettek létre, amelyek anyag-antianyag párokká (elektronok és pozitronok) alakulhattak. Ez lemerítette azt a nyomást, amely a csillagokat támogatta, míg azok össze nem omlottak, és olyan hatalmas robbanásokat idéztek elő, hogy úgy vélik, nem hagytak maguk után semmit.

Eddig körülbelül fél tucat potenciális „páros instabilitású” szupernóvát találtak a csillagászok, de egyet sem erősítettek meg.

„Úgy gondolom, hogy a Roman lesz az első teleszkóp, amely megerősíti egy páros instabilitású szupernóva felfedezését” – mondta Rose. – A tanulmány szerint a Roman több mint 10 ilyen eseményt találhat. „Hihetetlenül távoliak és rendkívül ritkák, ezért olyan teleszkópra van szükség, amely képes egy nagy területet mélyen, közeli infravörös fényben megfigyelni, és ez éppen a Roman.”

A szimuláció jövőbeli verziója még több kozmikus fényrobbanás típusát is tartalmazhat, például változó csillagokat és aktív galaxisokat. Más teleszkópok követhetik azokat a ritka jelenségeket és objektumokat, amelyeket a Roman felfedez, hogy más hullámhosszokon is tanulmányozzák őket, és még részletesebb információkat szerezzenek róluk.

„A Roman egy csomó különös és csodálatos dolgot fog találni az űrben, köztük olyanokat is, amelyekről még nem is gondoltunk” – mondta Hounsell. „Biztosak vagyunk benne, hogy a váratlan dolgokat is megtaláljuk.”