เอกภพเร่งความเร็วและซูเปอร์โนวาชนิด Ia

จากการใช้ดาวแคระขาวที่ระเบิดเป็นเทียนมาตรฐาน ทีมวิจัยสองทีมได้ค้นพบในช่วงปลายทศวรรษ 1990 ว่าการขยายตัวของเอกภพกำลังเร่งความเร็วขึ้น ซึ่งเป็นการล้มล้างความคาดหวังที่ว่าแรงโน้มถ่วงควรจะทำให้การขยายตัวช้าลง

Definition

เอกภพเร่งความเร็วคือการค้นพบที่ยืนยันด้วยซูเปอร์โนวาชนิด Ia ว่าอัตราการขยายตัวของเอกภพเพิ่มขึ้นตามเวลา ซูเปอร์โนวาชนิด Ia คือการระเบิดเทอร์โมนิวเคลียร์ของดาวแคระขาว ซึ่งความสว่างสูงสุดที่ได้มาตรฐานทำให้เป็นตัวบ่งชี้ระยะทางที่แม่นยำ

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมซูเปอร์โนวาชนิด Ia ในฐานะเทียนมาตรฐานที่สามารถปรับเทียบได้ การวัดระยะทางและการเลื่อนแดงเพื่อทำแผนที่ประวัติการขยายตัว การค้นพบว่าซูเปอร์โนวาที่อยู่ไกลออกไปมีความสลัวกว่าที่เอกภพที่ชะลอตัวจะคาดการณ์ไว้ และการอนุมานว่าองค์ประกอบพลังงานมืดเป็นตัวขับเคลื่อนการขยายตัวที่เร่งขึ้น

Core questions

• เหตุใดซูเปอร์โนวาชนิด Ia จึงเป็นเทียนมาตรฐานที่ดี?
• การสังเกตการณ์ซูเปอร์โนวาเผยให้เห็นการเร่งความเร็วของเอกภพได้อย่างไร?
• ความสลัวของซูเปอร์โนวาที่อยู่ไกลออกไปบ่งบอกถึงอะไร?

Key concepts

• ซูเปอร์โนวาชนิด Ia
• เทียนมาตรฐานที่สามารถปรับเทียบได้
• การปรับเทียบเส้นโค้งแสง
• ระยะทางความสว่าง
• แผนภาพฮับเบิล
• พารามิเตอร์การชะลอตัว
• การเร่งความเร็วของเอกภพ

Key theories

เทียนมาตรฐานที่สามารถปรับเทียบได้

ซูเปอร์โนวาชนิด Ia มีความสัมพันธ์ที่แน่นแฟ้นระหว่างรูปร่างเส้นโค้งแสงและความสว่างสูงสุด ดังนั้นหลังจากการปรับเทียบแล้ว ความสว่างของพวกมันจึงเกือบจะสม่ำเสมอ ทำให้สามารถวัดระยะทางได้อย่างแม่นยำถึงการเลื่อนแดงสูง

หลักฐานสำหรับการเร่งความเร็ว

ซูเปอร์โนวาที่อยู่ไกลออกไปปรากฏจางลง และด้วยเหตุนี้จึงอยู่ไกลออกไปกว่าที่คาดไว้ในเอกภพที่ชะลอตัว ซึ่งบ่งชี้ว่าการขยายตัวได้เร่งความเร็วขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป และต้องมีองค์ประกอบที่มีความดันเป็นลบ

Mechanisms

ดาวแคระขาวที่ถึงมวลวิกฤตจะเกิดการระเบิดเทอร์โมนิวเคลียร์ที่มีความสว่างที่ทำซ้ำได้ การแก้ไขความกว้างและสีของเส้นโค้งแสงทำให้ได้เทียนมาตรฐาน และการพล็อตความสว่างเทียบกับการเลื่อนแดงจะสร้างแผนภาพฮับเบิล ซึ่งความโค้งที่การเลื่อนแดงสูงเผยให้เห็นการขยายตัวที่เร่งขึ้น

Clinical relevance

การค้นพบซูเปอร์โนวาเป็นหนึ่งในผลลัพธ์ที่สำคัญที่สุดในจักรวาลวิทยาปัจจุบัน: มันยืนยันการมีอยู่ของพลังงานมืดและเอกภพที่เร่งความเร็วและแบนราบ ปรับเปลี่ยนงบประมาณพลังงานของเอกภพ และริเริ่มโครงการสังเกตการณ์ขนาดใหญ่เพื่อระบุลักษณะสาเหตุของการเร่งความเร็ว

History

โครงการ Supernova Cosmology Project และทีม High-z Supernova Search ได้ค้นพบแยกกันในปี 1998 และ 1999 ว่าซูเปอร์โนวาที่มีการเลื่อนแดงสูงมีความสลัวกว่าที่คาดไว้ ซึ่งบ่งชี้ถึงการเร่งความเร็ว ผลลัพธ์นี้ได้รับการยืนยันอย่างรวดเร็วและได้รับการยอมรับด้วยรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 2011

Debates

ความผิดพลาดเชิงระบบในจักรวาลวิทยาซูเปอร์โนวา

ผลกระทบเชิงระบบที่เป็นไปได้ เช่น วิวัฒนาการของคุณสมบัติของซูเปอร์โนวา การลดทอนแสงจากฝุ่น และอคติในการเลือก ได้รับการตรวจสอบอย่างละเอียดในฐานะทางเลือกอื่นนอกเหนือจากการเร่งความเร็ว แต่ผลลัพธ์ยังคงอยู่และได้รับการเสริมด้วยการตรวจสอบอิสระ

Key figures

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

Seminal works

• riess1998
• perlmutter1999

Frequently asked questions

เหตุใดซูเปอร์โนวาชนิด Ia จึงมีประโยชน์อย่างมากต่อจักรวาลวิทยา?

พวกมันมีความสว่างมาก มองเห็นได้ทั่วทั้งเอกภพที่สังเกตได้ และหลังจากปรับเทียบรูปร่างและสีของเส้นโค้งแสงแล้ว ความสว่างสูงสุดของพวกมันเกือบจะเหมือนกัน ดังนั้นความสว่างที่ปรากฏของพวกมันจึงให้ระยะทางที่เชื่อถือได้เพื่อทำแผนที่ประวัติการขยายตัว

ความสลัวของซูเปอร์โนวาบ่งบอกถึงการเร่งความเร็วได้อย่างไร?

หากซูเปอร์โนวาที่อยู่ไกลออกไปจางกว่าที่คาดไว้สำหรับการเลื่อนแดงของพวกมัน พวกมันจะต้องอยู่ไกลออกไปกว่าที่เอกภพที่ชะลอตัวจะวางไว้ ซึ่งหมายความว่าการขยายตัวเร่งความเร็วขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป ซึ่งเป็นสัญญาณของพลังงานมืด