La supernova «lensée» pourrait faire la lumière sur les forces fondamentales qui façonnent l’univers – Ars Technica

Les astronomes ont détecté une explosion de supernova jusque-là inconnue à plus de 4 milliards d’années-lumière en utilisant un phénomène rare appelé « lentille gravitationnelle », qui agit comme une sorte de loupe cosmique. Ils décrivent leur découverte et ses implications potentielles dans un nouvel article publié dans la revue Nature Astronomy. Ariel Jobar Co-auteur, réalisateur Centre Oscar Klein à l’Université de Stockholm, décrit La découverte comme « un pas en avant important dans notre quête pour comprendre les forces fondamentales qui façonnent notre univers ».

La lentille gravitationnelle est une conséquence directe de la relativité générale : le collectif plie et déforme l’espace-temps, et la lumière doit suivre cette flexion. Ce phénomène peut former des effets rares tels que « L’anneau d’Einstein« ou »Croix d’Einstein. Essentiellement, la distorsion dans l’espace-temps causée par un objet massif (comme une galaxie) agit comme une lentille pour grossir un objet d’arrière-plan. Comme ce ne sont pas des lentilles de qualité optique parfaite, il y a souvent une certaine distorsion et des irrégularités. Cela provoque la la lumière de l’objet d’arrière-plan emprunte des chemins différents vers la Terre, et ainsi un seul objet peut apparaître à plusieurs endroits différents répartis autour de la lentille.À l’échelle cosmique, ces chemins peuvent également nécessiter que la lumière parcoure des distances très différentes pour atteindre la Terre.

La lentille gravitationnelle aide les astronomes à repérer les corps célestes qui peuvent être trop faibles ou hors de vue, comme une supernova lointaine, ce qui peut conduire à d’autres questions intéressantes. Par exemple, l’année dernière, les astronomes ont analysé une image Hubble de 2010, où l’image s’est avérée capturer une supernova. En raison de la lentille gravitationnelle, l’événement individuel est apparu à trois endroits différents dans le champ de vision de Hubble. Grâce aux bizarreries du fonctionnement de l’objectif et parce que la lumière se déplace à une vitesse finie, les trois emplacements ont été photographiés différemment fois Après l’explosion de l’étoile, permettant aux chercheurs pour un morceau ensemble La trajectoire temporelle qui a suivi la supernova, bien qu’elle ait été observée il y a plus d’une décennie.

Ce dernier article se concentre sur une supernova récemment découverte nommée SN Zwicky, découverte en Installation de transport en commun de Zwicky (ZTF). Le ZTF est une caméra robotique attachée au télescope Samuel Oschin de 70 ans à Observatoire Palomar dans le comté de San Diego. Le ZTF effectue des relevés automatisés du ciel nocturne, à la recherche d’objets qui explosent ou dont la luminosité varie : supernovae, étoiles touchées par des trous noirs, astéroïdes et comètes, par exemple. Il balaye le ciel entier pendant trois nuits et le plan visible de la galaxie deux fois par nuit.

Les astronomes ont rapidement marqué l’objet comme intéressant car il était exceptionnellement brillant. Ils se sont ensuite appuyés sur les outils d’optique adaptative de trois autres télescopes – l’observatoire W.M. Keck, le très grand télescope et le télescope spatial Hubble – pour montrer quatre images de l’objet à partir de différents endroits dans le ciel. Cela a confirmé que la luminosité inhabituelle de la supernova était le produit d’une lentille gravitationnelle.

« SN Zwicky n’est pas seulement agrandi par lentille gravitationnelle, mais il appartient également à une classe de supernovae que nous appelons des « bougies standard » car nous pouvons utiliser leur luminosité bien connue pour déterminer la distance dans l’espace », a déclaré le co-auteur Igor AndreoniIl est chercheur postdoctoral à l’Université du Maryland et au Goddard Space Flight Center de la NASA. « Lorsque la source lumineuse est éloignée, la lumière est faible – tout comme voir des bougies dans une pièce sombre. Nous pouvons comparer deux sources lumineuses de cette manière et obtenir une mesure indépendante de la distance sans avoir à étudier la galaxie elle-même. »

SN Zwicky et des supernovae similaires pourraient un jour aider les scientifiques à résoudre les controverses en cours sur Constante de HubbleC’est une mesure de la vitesse à laquelle l’univers s’étend. Comme mentionné précédemment, nous l’avons mesuré en utilisant des informations dans le fond diffus cosmologique et avons obtenu une valeur unique. Nous l’avons mesuré en utilisant la distance apparente des objets dans l’univers actuel et avons obtenu une valeur qui différait d’environ 10 %. Pour autant que quiconque puisse le dire, il n’y a rien de mal avec aucune des mesures, et il n’y a aucun moyen évident de les amener à s’entendre. Cependant, le mois dernier, les chercheurs ont pu effectuer une troisième mesure indépendante de l’expansion de l’univers en suivant le comportement d’une supernova à lentille gravitationnelle identifiée en 2014 et Maintenant appelé SN Refsdaldu nom de l’astronome qui proposa le premier d’utiliser des explosions lenticulaires pour effectuer des mesures.

Lors de sa découverte, la lentille avait réalisé quatre images de la supernova. Mais plus tard, un cinquième est apparu, et ce délai a été affecté par l’expansion de l’univers – d’où la constante de Hubble. Le meilleur ajustement pour les nouveaux modèles a fini par être légèrement inférieur à la valeur de la constante de Hubble dérivée du fond diffus cosmologique, la différence étant dans l’erreur statistique. Des valeurs plus proches de celles dérivées des mesures d’autres supernovae correspondaient mieux aux données, bien que l’équipe ait pris soin de dire que cela ne signifiait pas que nous devions exclure une valeur plus élevée.

Les supernovae à effet de lentille peuvent également être des outils prometteurs pour étudier l’énergie noire et la matière noire. Exemple : en avril, les chercheurs a fait valoir que Certaines caractéristiques de la lentille gravitationnelle peuvent être mieux expliquées par des propriétés de type axone, contrairement aux WIMP (Weakly Interacting Massive Particles) longtemps préférées et encore insaisissables. Les axions sont beaucoup plus légers que les WIMP mais ont d’autres propriétés compatibles avec la matière noire. L’analyse d’avril rend probablement les axions beaucoup plus légers que les neutrinos. (Il convient de noter que les auteurs ont jusqu’à présent exprimé leur prudence quant aux preuves de leur hypothèse.)

En bref, « cette découverte ouvre la voie à la découverte d’un plus grand nombre de ces supernovae lenticulaires rares dans les futures grandes enquêtes qui nous aideront à étudier les événements astronomiques transitoires tels que les supernovae et les sursauts gamma ». Andréone a dit. « Nous attendons avec impatience des découvertes plus inattendues à l’aide d’enquêtes à ciel large non ciblées comme celle qui nous a aidés à identifier SN Zwicky. »

DOI : Astronomie de la nature, 2023. 10.1038 / s41550-023-01981-3 (à propos des DOI).