Ugyan ki tudná megjósolni egy szupernóva-robbanás pontos időpontját? Csillagfejlődési elméleteink nincsenek azon a szinten, hogy másodperc, perc, óra vagy akár egy év pontossággal megjósolhassuk a robbanás időpontját. Jó, ha százezer-millió év pontossággal tudunk valami előrejelzést tenni erre vonatkozólag – ha ismert a szülőégitest. (Ráadásul a robbanás fényének időre van szüksége ahhoz, hogy elérjen minket. Minél távolabbi objektumról van szó, annál pontatlanabbul ismerjük a távolságát. Ha pl. egy 1 milliárd fényévre lévő extragalaxis távolságát 1% pontossággal (vagyis nagyon pontosan!) ismerjük, akkor a robbanás fénysebességgel haladó fénye beérkeztének időpontjában 1% szorozva 1 milliárd év = 10 millió év bizonytalanság lesz. Ember legfeljebb 2 millió éve, távcső 1609, mintegy négy évszázada létezik…)
Mégis vannak előre jelezhető szupernóva-robbanások!
Pontosabban: vannak olyan szupernóva-robbanások, amelyeket a kezdetektől megfigyelhetünk, és előre jelezhetjük, hogy mikor kezdődik a robbanás. Nem mindegyik robbanásának kezdete jelezhető előre, csak olyané, amelyek képét egy gravitációs lencse felerősíti és főleg: megtöbbszörözi. Ha ez megtörténik, akkor akár még az Univerzum tágulási sebességét is meghatározhatjuk ebből a jelenségből.
Dióhéjban arról van szó, hogy a gravitációs lencsehatás miatt a szupernóva-robbanás fénye több, egymástól különböző hosszúságú útvonalon jut el hozzánk, és ezért ha a rövidebb útvonalon valamelyik fázisában megfigyeljük a szupernóvát, abból előre jelezhetjük, hogy a hosszabb útvonalon haladva a szupernóvává váló csillag mikor kezd el felfényesedni. Erre az időpontra felkészülve a szupernóva-robbanást a kezdetek kezdetétől megfigyelhetjük.
A gravitációs lencsehatásról korábban már többször írtunk, érdemes ezeket is elolvasni a jobb megértéshez:
Sjur Refsdal (1936-2009) norvég asztrofizikus jósolta meg először, hogy ilyet megfigyelhetünk, ezért az elsőként észlelt ilyen jelenséget tiszteletére Refsdal-szupernóvának nevezték el.
A Refsdal-szupernóvát Patrick Kelly (Berkeley Egyetem, Kalifornia, USA) 2014-ben fedezte fel a HST-képein. A négy akkori képről mért halványodási ütemből megbecsülték robbanása időpontját (a mi földi időnkben mérve), és rámutattak arra, hogy már 40-50 évvel ezelőtt látszódhatott a Földről, de valószínűleg akkor senki nem észlelte. Rámutattak arra is, hogy 2014-hez képest 1-10 évvel később viszont újra látszódnia kellene, de egy másik helyen az elliptikus galaxisban!
Egy évvel később észlelték is a szupernóvát ismét. 2015. november közepétől 2015. december 11-ig észlelték pontosan az előre jelzett helyen. A jóslás sikeres volt ezúttal.
A Science tudományos magazin 2023. május 11-i számában Patrick Kelly és munkatársai visszatértek a Refsdal-szupernóva tanulmányozásához. A korábbi méréseket újra megvizsgálták, hogy az Univerzum tágulási ütemét határozzák meg belőle. Legfrissebb ismereteink szerint az Univerzum tágul, de tágulása nem egyenletes: a kezdeti tágulást egy inflációs (nagyon nagy ütemű) felfúvódás követte, majd ismét normális ütemű tágulás, amely átment a mai (a mi időnkben mérve a “mait”) gyorsuló ütemű tágulásba. A szupernóvák segítségével, és különösen a Refsdal-szupernóvával meghatározható, hogy a múltban milyen ütemű volt a tágulás, és az hogy viszonyul a mai szétrepülési sebességhez.
A csillagászoknak többféle módszer is rendelkezésre áll a tágulás ütemének méréséhez, amelyek többé-kevésbé ugyanazt az értéket adják a tágulást jellemző Hubble-állandóra. (A Hubble-állandó megmondja, hogy a mi mánkban mérve megaparszekenként (Mpc, vagyis 3,26 millió fényévenként) hány km/s-mal nő a tágulás sebessége. (Az Univerzum tágulásán a csillagászok a galaxishalmazok egymástól mért távolodását értik.) A Refsdal-szupernóva a korábbi mérésektől független, új értéket kínál a Hubble-állandó értékére.
Ehhez először a távoli galaxis látható és sötét anyagénak eloszlását kellett meghatározni a mögötte lévő galaxisok képének torzultságából. Miután ezzel a feladattal végeztek, a Hubble-állandóra 63,3 és 70,7 km/s/Mpc közé eső értéket kaptak.
Az európai Planck-műhold adataiból 2018-ban 67,66 ± 0,42 km/s/Mpc értéket, a HST újrakalibrált méréseiből 2019-ben 74,03 ± 1,42 km/s/Mpc értéket vezettek le. Érdemes megjegyezni, hogy ezeket a méréseket rengeteg mérési pontra alapozták, ezért kisebb a hibahatáruk, míg a Refsdal-szupernóvából levezetett Hubble-konstans csak egyetlen mérésből származik. Értéke nincs ellentmondásban a másik két friss, modern méréssel, bár inkább a Planck-műhold adatait támogatja. Viszont a HST és a Planck-műhold adata lényegesen különbözik.
(Azért ehhez hozzá kell tenni, hogy 30 éve még két iskola létezett: az egyik szerint a Hubble-konstans értéke 50 km/s/Mpc körül, a másik szerint 100 km/s/Mpc körül lenne. Azóta viszont számos űrtávcső és földi távcső állt szolgálatba új generációs (CCD) detektorokkal, nagyobb tükörátmérővel, nagyobb érzékenységgel és jobb kalibrációval ellátva. Az új, pontosabb mérésekkel mindkét iskola újragondolta a módszereit, és mindkettő egy 70 km/s/Mpc körüli értékhez jutott el. Harminc év elteltével, vagyis manapság már azon folyik a vita, hogy e 70 km/s/Mpc körül pontosan hol van a Hubble-állandó értéke. A fejlődés tehát szemmel látható.)
A képet bonyolítja, hogy 2019-ben egymással ütköző és egyesülő neutroncsillagok gravitációs hullám-méréseiből 73,3 ± 5,0 km/s/Mpc-et vezettek le a Hubble-állandóra, ami a HST-mérést támogatja. Ugyancsak 2019-ben azonban a HST-vel távoli galaxisok vörös óriáscsillagai maximális látszó fényességét megmérve azonban 69,8 ± 1,9 km/s/Mpc-t kaptak, ami a Planck eredményéhez áll közelebb. A Wikipédiáról származó alábbi ábra mutatja, hogy a különböző észlelési projektek különböző módszerekkel milyen értéket és milyen hibahatárral vezettek le a Hubble-állandóra:
Mindenesetre érdekes, hogy a gravitációs lencsehatás okozta szupernóvakép-többszöröződések is megbízhatóan használhatók a Hubble-konstans mérésére. Az Európai Űrkutatási Ügynökség 2023 júliusában tervezi indítani EUCLID űrtávcsövét, amely éppen a gravitációs lencsehatást próbálja meg kihasználni a sötét anyag, a sötét energia és az Univerzum szerkezetének kutatásában.
Források:
https://en.wikipedia.org/wiki/Hubble%27s_law
https://en.wikipedia.org/wiki/Euclid_(spacecraft)
https://skyandtelescope.org/astronomy-news/astronomers-predict-a-supernova-12222015/
