Vũ trụ giãn nở nhanh dần và Siêu tân tinh Loại Ia

Bằng cách sử dụng các sao lùn trắng phát nổ làm nến chuẩn, hai nhóm nghiên cứu đã phát hiện vào cuối những năm 1990 rằng sự giãn nở của vũ trụ đang tăng tốc, lật đổ kỳ vọng rằng lực hấp dẫn sẽ làm chậm nó lại.

Definition

Vũ trụ giãn nở nhanh dần là phát hiện, được xác lập bằng siêu tân tinh Loại Ia, rằng tốc độ giãn nở của vũ trụ đang tăng theo thời gian; siêu tân tinh Loại Ia là những vụ nổ nhiệt hạch của các sao lùn trắng mà độ sáng cực đại được chuẩn hóa của chúng làm cho chúng trở thành các chỉ số khoảng cách chính xác.

Scope

Chủ đề này bao gồm siêu tân tinh Loại Ia như những nến chuẩn có thể chuẩn hóa, việc đo khoảng cách và dịch chuyển đỏ của chúng để lập bản đồ lịch sử giãn nở, khám phá rằng các siêu tân tinh ở xa mờ hơn so với dự đoán của một vũ trụ đang giảm tốc, và suy luận rằng một thành phần năng lượng tối thúc đẩy sự giãn nở nhanh dần.

Core questions

• Tại sao siêu tân tinh Loại Ia là những nến chuẩn tốt?
• Các quan sát siêu tân tinh đã tiết lộ sự tăng tốc vũ trụ như thế nào?
• Sự mờ đi của các siêu tân tinh ở xa ngụ ý điều gì?

Key concepts

• Siêu tân tinh Loại Ia
• Nến chuẩn có thể chuẩn hóa
• Chuẩn hóa đường cong ánh sáng
• Khoảng cách độ sáng
• Biểu đồ Hubble
• Tham số giảm tốc
• Sự tăng tốc vũ trụ

Key theories

Nến chuẩn có thể chuẩn hóa

Siêu tân tinh Loại Ia có mối quan hệ chặt chẽ giữa hình dạng đường cong ánh sáng và độ sáng cực đại, vì vậy sau khi chuẩn hóa, độ sáng của chúng gần như đồng nhất, cho phép đo khoảng cách chính xác đến dịch chuyển đỏ cao.

Bằng chứng về sự tăng tốc

Các siêu tân tinh ở xa xuất hiện mờ hơn, và do đó xa hơn, so với dự kiến trong một vũ trụ đang giảm tốc, cho thấy rằng sự giãn nở đã tăng tốc theo thời gian và đòi hỏi một thành phần có áp suất âm.

Mechanisms

Một sao lùn trắng đạt đến khối lượng tới hạn sẽ trải qua một vụ nổ nhiệt hạch với độ sáng có thể tái tạo; việc hiệu chỉnh độ rộng và màu sắc của đường cong ánh sáng tạo ra một nến chuẩn, và việc vẽ biểu đồ độ sáng theo dịch chuyển đỏ tạo ra một biểu đồ Hubble mà độ cong của nó ở dịch chuyển đỏ cao cho thấy sự giãn nở nhanh dần.

Clinical relevance

Khám phá siêu tân tinh là một trong những kết quả quan trọng nhất trong vũ trụ học hiện đại: nó đã xác lập sự tồn tại của năng lượng tối và vũ trụ phẳng, giãn nở nhanh dần, định hình lại ngân sách năng lượng vũ trụ, và khởi động một chương trình quan sát lớn để mô tả nguyên nhân của sự tăng tốc.

History

Dự án Vũ trụ học Siêu tân tinh và Nhóm Tìm kiếm Siêu tân tinh High-z đã độc lập tìm thấy vào năm 1998 và 1999 rằng các siêu tân tinh có dịch chuyển đỏ cao mờ hơn dự kiến, ngụ ý sự tăng tốc; kết quả này đã nhanh chóng được xác nhận và được công nhận với Giải Nobel Vật lý năm 2011.

Debates

Các yếu tố hệ thống trong vũ trụ học siêu tân tinh

Các hiệu ứng hệ thống có thể xảy ra như sự tiến hóa của các đặc tính siêu tân tinh, sự tắt dần do bụi, và các sai lệch chọn lọc đã được xem xét như những lựa chọn thay thế cho sự tăng tốc, nhưng kết quả đã được giữ vững và được củng cố bởi các thăm dò độc lập.

Key figures

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

Seminal works

• riess1998
• perlmutter1999

Frequently asked questions

Tại sao siêu tân tinh Loại Ia lại hữu ích cho vũ trụ học?

Chúng cực kỳ sáng, có thể nhìn thấy trên phần lớn vũ trụ quan sát được, và sau khi chuẩn hóa theo hình dạng đường cong ánh sáng và màu sắc, độ sáng cực đại của chúng gần như giống hệt nhau, vì vậy độ sáng biểu kiến của chúng cung cấp khoảng cách đáng tin cậy để lập bản đồ lịch sử giãn nở.

Sự mờ đi của siêu tân tinh ngụ ý sự tăng tốc như thế nào?

Nếu các siêu tân tinh ở xa mờ hơn dự kiến so với dịch chuyển đỏ của chúng, chúng phải ở xa hơn so với một vũ trụ đang giảm tốc, điều đó có nghĩa là sự giãn nở đã tăng tốc theo thời gian, dấu hiệu của năng lượng tối.