Nytt arbete från Carnegie Supernova Project ger de bästa kalibreringarna hittills för att använda supernovor av typ Ia för att mäta kosmiska avstånd, vilket har implikationer för vår förståelse av hur snabbt universum expanderar och vilken roll mörk energi kan spela för att driva denna process. Leds av Carnegie-astronomen Chris Burns, teamets resultat publiceras i The Astrophysical Journal .

Typ Ia supernovor är fantastiskt ljusa stjärnfenomen. De är våldsamma explosioner av en vit dvärg – den kristallina kvarlevan av en stjärna som har tömt sitt kärnbränsle – som är en del av ett binärt system med en annan stjärna.

Förutom att vara spännande att observera i sin egen rätt, supernovor av typ Ia är också ett viktigt verktyg som astronomer använder som en slags kosmisk milmarkör för att sluta sig till avstånden mellan himmelska objekt.

Även om de exakta detaljerna om explosionen fortfarande är okända, man tror att de utlöses när den vita dvärgen närmar sig en kritisk massa, så fenomenets ljusstyrka är förutsägbar från explosionens energi. Skillnaden mellan den förutsagda ljusstyrkan och den ljusstyrka som observeras från jorden talar om för oss avståndet till supernovan.

Astronomer använder dessa exakta avståndsmätningar, tillsammans med den hastighet med vilken deras värdgalaxer drar sig tillbaka, för att bestämma hastigheten med vilken universum expanderar. Tack vare ljusets ändliga hastighet, inte bara kan vi mäta hur snabbt universum expanderar just nu, men genom att titta längre och längre ut i rymden, vi ser längre tillbaka i tiden och kan mäta hur snabbt universum expanderade i det avlägsna förflutna. Detta ledde till den häpnadsväckande upptäckten i slutet av 1990-talet att universums expansion för närvarande påskyndas på grund av den frånstötande effekten av en mystisk "mörk" energi. Att förbättra avståndsuppskattningarna som görs med hjälp av supernovor av typ Ia kommer att hjälpa astronomer att bättre förstå vilken roll mörk energi spelar i denna kosmiska expansion.

"Börjar med dess namne, Edwin Hubble, Carnegie-astronomer har en lång historia av att arbeta med Hubble-konstanten, inklusive viktiga bidrag till vår förståelse av universums expansion från Alan Sandage och Wendy Freedman, " sa observatoriechefen John Mulchaey.

Dock, hastigheten med vilken ljusstyrkan för supernovaexplosioner av typ Ia tonar bort är inte enhetlig. 1993, Carnegie-astronomen Mark Phillips visade att explosioner som tar längre tid att försvinna är i sig ljusare än de som försvinner snabbt. Detta samband, som vanligtvis kallas Phillips-relationen, tillät en grupp astronomer i Chile, inklusive Philips och Texas A&M-astronomen Nicholas Suntzeff, att utveckla supernovor av typ Ia till ett exakt verktyg för att mäta universums expansion.

Att studera supernovorna med hjälp av den nära-infraröda delen av spektrumet var avgörande för detta fynd. Ljuset från dessa explosioner måste färdas genom kosmiskt damm för att nå våra teleskop, och dessa finkorniga interstellära partiklar döljer ljuset på den blå änden av spektrumet mer än de gör ljuset från den röda änden av spektrat på samma sätt som rök från en skogsbrand får allt att se rödare ut. Detta kan lura astronomer att tro att en supernova är längre bort än den är. Men att arbeta i infrarött gör det möjligt för astronomer att titta tydligare genom denna dammiga slöja.

"Ett av Carnegie Supernova-projektets primära mål har varit att tillhandahålla en pålitlig, högkvalitativt prov av supernovor och pålitliga metoder för att sluta sig till deras avstånd, " sa huvudförfattaren Burns.

"Kvaliteten på dessa data gör det möjligt för oss att bättre korrigera våra mätningar för att ta hänsyn till dämpningseffekten av kosmiskt damm", tillade Mark Phillips, en astronom vid Carnegies Las Campanas-observatorium i Chile och en medförfattare på tidningen.

Kalibreringen av dessa milmarkörer är avgörande, eftersom det råder oenighet mellan olika metoder för att bestämma universums expansionshastighet. Hubble-konstanten kan oberoende uppskattas med hjälp av glöden från bakgrundsstrålning som blivit över från Big Bang. Denna kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålning har mätts med utsökta detaljer av Planck-satelliten, och det ger astronomer ett långsammare expanderande universum än när det mäts med supernovor av typ Ia.

"Denna diskrepans kan förebåda ny fysik, men bara om det är sant, Burns förklarade. "Så, vi behöver våra typ Ia supernovamätningar för att vara så exakta som möjligt, men också att identifiera och kvantifiera alla felkällor."