Ускоряющаяся Вселенная и сверхновые типа Ia

Используя взрывающиеся белые карлики в качестве стандартных свечей, две команды в конце 1990-х годов обнаружили, что расширение Вселенной ускоряется, что опровергло ожидание того, что гравитация должна замедлять его.

Definition

Ускоряющаяся Вселенная — это обнаруженный с помощью сверхновых типа Ia факт, что скорость космического расширения увеличивается со временем; сверхновые типа Ia — это термоядерные взрывы белых карликов, стандартизированная пиковая светимость которых делает их точными индикаторами расстояния.

Scope

Эта тема охватывает сверхновые типа Ia как стандартизируемые свечи, измерение их расстояний и красных смещений для картирования истории расширения, открытие того, что далёкие сверхновые тусклее, чем предсказывает замедляющаяся Вселенная, и вывод о том, что компонент тёмной энергии вызывает ускоренное расширение.

Core questions

• Почему сверхновые типа Ia являются хорошими стандартными свечами?
• Как наблюдения сверхновых выявили космическое ускорение?
• Что означает потускнение далёких сверхновых?

Key concepts

• Сверхновая типа Ia
• Стандартизируемая свеча
• Стандартизация кривой блеска
• Светимостное расстояние
• Диаграмма Хаббла
• Параметр замедления
• Космическое ускорение

Key theories

Стандартизируемые свечи

Сверхновые типа Ia имеют тесную связь между формой кривой блеска и пиковой яркостью, поэтому после стандартизации их светимости почти однородны, что позволяет точно измерять расстояния до высоких красных смещений.

Доказательства ускорения

Далёкие сверхновые кажутся более тусклыми и, следовательно, более далёкими, чем ожидалось в замедляющейся Вселенной, что указывает на то, что расширение со временем ускорилось и требует компонента с отрицательным давлением.

Mechanisms

Белый карлик, достигающий критической массы, претерпевает термоядерный взрыв воспроизводимой светимости; коррекция по ширине кривой блеска и цвету даёт стандартную свечу, а построение зависимости яркости от красного смещения создаёт диаграмму Хаббла, кривизна которой при высоком красном смещении выявляет ускоряющееся расширение.

Clinical relevance

Открытие сверхновых является одним из наиболее значимых результатов в современной космологии: оно установило существование тёмной энергии и ускоряющейся, плоской Вселенной, изменило космический энергетический бюджет и положило начало крупной наблюдательной программе по характеристике причины ускорения.

History

Проект космологии сверхновых (Supernova Cosmology Project) и Команда по поиску сверхновых с высоким красным смещением (High-z Supernova Search Team) независимо друг от друга обнаружили в 1998 и 1999 годах, что сверхновые с высоким красным смещением были тусклее, чем ожидалось, что подразумевало ускорение; результат был быстро подтверждён и отмечен Нобелевской премией по физике в 2011 году.

Debates

Систематические ошибки в космологии сверхновых

Возможные систематические эффекты, такие как эволюция свойств сверхновых, поглощение пылью и селекционные смещения, были тщательно изучены как альтернативы ускорению, но результат остался в силе и был подтверждён независимыми исследованиями.

Key figures

• Saul Perlmutter
• Brian Schmidt
• Adam Riess
• Robert Kirshner

Seminal works

• riess1998
• perlmutter1999

Frequently asked questions

Почему сверхновые типа Ia так полезны для космологии?

Они чрезвычайно яркие, видны на большей части наблюдаемой Вселенной, и после стандартизации по форме кривой блеска и цвету их пиковые светимости почти идентичны, поэтому их видимая яркость даёт надёжные расстояния для картирования истории расширения.

Как потускнение сверхновых подразумевает ускорение?

Если далёкие сверхновые тусклее, чем ожидалось для их красного смещения, они должны находиться дальше, чем их поместила бы замедляющаяся Вселенная, что означает, что расширение со временем ускорилось, что является признаком тёмной энергии.