[사이언스] Houve muitas explosões de supernovas no universo primitivo!

[비즈한국] A explosão de uma supernova é um dos fenômenos mais poderosos do universo, com uma única estrela liberando mais energia. É apenas uma explosão estelar, mas nos seus momentos mais brilhantes é tão brilhante como uma galáxia com centenas de milhões de estrelas. Portanto, as supernovas são usadas como uma medida importante para medir a distância ao universo muito distante e para compreender o tamanho do universo.

Em particular, as supernovas são quase a única forma de confirmar o aparecimento do Universo primitivo há 13 mil milhões de anos, imediatamente após o Big Bang. Através das supernovas, podemos ver se o estado do universo primitivo era semelhante ao presente ou muito diferente, e como a expansão do universo mudou desde o passado até hoje. Portanto, observar supernovas no universo primitivo é muito importante. No entanto, não importa quão brilhante seja uma supernova, ela não é nada comparada à escala infinita do universo. À medida que uma supernova se torna muito distante, torna-se cada vez mais difícil de detectar. Observações anteriores não foram capazes de capturar adequadamente as supernovas no universo primitivo.

Não há uma conclusão clara sobre se as explosões de supernovas são mais frequentes ou menos frequentes à medida que recuamos no tempo. Parece que a formação estelar foi mais activa e que as explosões de supernovas ocorreram com mais frequência à medida que voltávamos para o Universo, o que aconteceu há cerca de 10 mil milhões de anos. No entanto, se você for antes disso, o momento da explosão da supernova muitas vezes não será encontrado. Ainda não está claro se isto se deve ao facto de as explosões de supernovas serem raras no Universo primitivo, ou se as explosões eram de facto frequentes, mas não podiam ser observadas porque o Universo estava muito distante.

James Webb, que observa o universo na luz infravermelha, pode desempenhar um novo papel no preenchimento do vazio deixado pelas explosões de supernovas no universo primitivo. Os astrónomos que analisaram as novas observações de James Webb confirmaram recentemente que um grande número de explosões de supernovas foram capturadas no muito distante Universo primitivo, quase 10 vezes mais do que o esperado anteriormente!

Até esta observação de James Webb, o exemplo mais distante de uma supernova alguma vez capturada no espaço foi uma supernova que manteve a sua aparência de cerca de 10 mil milhões de anos atrás, quando o Universo tinha cerca de 3,3 mil milhões de anos. Foi quando vivíamos apenas 25% da idade atual do universo. Mas isto por si só não é suficiente. Isto ocorre porque a imagem da explosão da supernova não foi obtida durante o primeiro quarto da história do universo. Para compreender se as supernovas explodiram frequentemente durante este período e quão diferentes ou semelhantes eram as supernovas que existiam naquela altura das supernovas que explodem hoje à nossa volta, precisamos de encontrar supernovas que existiram antes.

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Portanto, os astrônomos realizam a observação JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey), que complementa a imagem do distante universo primitivo com observações de alta resolução feitas por James Webb. Através desta análise, descobriu-se que a explosão da supernova na imagem ocorreu cedo, quando o Universo tinha menos de 2 mil milhões de anos. Esta é uma enorme diferença, remontando a um bilhão de anos no registro atual.

Os astrónomos usaram uma estratégia muito eficaz para selecionar muitas candidatas a supernovas de uma só vez. Usando James Webb, a mesma área do céu foi fotografada em intervalos anuais, e foram encontradas galáxias que apresentavam mudanças repentinas no brilho ao longo do ano. Os dados de imagens tiradas da mesma área há um ano são subtraídos das imagens tiradas um ano depois. Estrelas e galáxias que continuaram a brilhar com o mesmo brilho sem qualquer mudança significativa no brilho desaparecem quase completamente. Mas se houver uma área onde ocorreu uma explosão repentina dentro de um ano e houver uma clara diferença no brilho, essa área não será completamente apagada e uma pequena mancha permanecerá. Através desta análise, James Webb encontrou até 80 supernovas em imagens JADES tiradas em 2022 e 2023! A maioria deles mantém a aparência do universo desde um período muito antigo, há mais de 10 bilhões de anos.

Ainda mais surpreendente é que toda a área coberta pela imagem utilizada nesta análise é apenas uma quantidade muito pequena que seria coberta por um pequeno grão de areia na extremidade de um braço estendido para o céu real. Em uma pequena área do céu mal coberta por um grão de areia, James Webb descobriu 80 supernovas no universo primitivo. Se assumirmos que as supernovas no universo primitivo estavam distribuídas uniformemente pelo céu acima de nós nesta frequência, podemos esperar que haveria na verdade aproximadamente 4,2 mil milhões de supernovas escondidas no universo primitivo há 10 mil milhões de anos.

A maioria das 80 supernovas identificadas desta vez parecem ser supernovas do Tipo II, colapsos nucleares que surgem quando uma única estrela, muito mais pesada que o Sol, sofre colapso gravitacional após completar a fusão nuclear interna. As supernovas, nas quais os astrônomos estão mais interessados, são na verdade diferentes. Trata-se de uma supernova do Tipo Ia, na qual uma anã branca que já completou sua evolução atinge seu máximo no momento em que se torna muito pesada no processo de retirada de material de uma estrela companheira próxima.

A razão pela qual os astrônomos estão interessados ​​neste tipo de supernova é que a atual cosmologia dominante assume que o brilho máximo no momento da explosão de uma supernova tipo Ia será em grande parte semelhante. Conseqüentemente, as supernovas do Tipo Ia são usadas como medida padrão da expansão cósmica para medir a distância ao espaço profundo. A expansão acelerada do universo, que levou à atribuição do Prémio Nobel da Física em 2011, demonstrou a possibilidade de que a taxa de expansão do universo possa ter-se tornado mais rápida no universo atual do que no passado distante, como sugerido pelo observação desta supernova do tipo Ia no final do século XX é uma hipótese.

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O aparecimento de flashes de supernovas em cada galáxia, confirmado pela comparação da mudança no brilho ao longo de um ano, é indicado por uma seta.  Imagem = NASA, ESA, CSA, STScI, Christa DeCourcy (Universidade do Arizona), Colaboração JADES

Infelizmente, existe apenas uma supernova do tipo Ia que foi confirmada nesta observação. Esta supernova existia quando o universo tinha apenas 2,3 mil milhões de anos. O recorde de uma supernova Tipo Ia descoberta anteriormente no universo mais distante foi uma supernova que existiu quando o universo tinha cerca de 3,4 bilhões de anos. Embora exista apenas um registo da corrida espacial para encontrar supernovas do Tipo Ia nos confins do Universo primitivo, esta observação permite-nos recuar cerca de mil milhões de anos.

Esta observação também confirmou a possibilidade de James Webb ser um caçador de supernovas em busca de explosões de supernovas no distante universo primitivo. Se outros métodos de observação forem combinados, o que James Webb já está a fazer bem, deveremos ser capazes de capturar explosões de supernovas no espaço profundo, ultrapassando mais uma vez este recorde. Isto é para aproveitar o fenômeno da miragem gravitacional e das lentes gravitacionais, que são observadas quando o espaço-tempo em torno de um enorme aglomerado de galáxias é distorcido e a luz do universo distante é distorcida e amplificada com mais brilho.

O fenômeno das lentes gravitacionais tem sido amplamente utilizado para observar estrelas e galáxias no espaço profundo desde a era do Telescópio Espacial Hubble, antes mesmo do lançamento do James Webb. A luz do espaço profundo voa em diferentes direções ao longo do espaço-tempo distorcido e converge de volta para a Terra, criando um efeito que parece mais brilhante e ampliado do que realmente é. Se você usar isso bem, poderá notar orbes escuras que já estão tão distantes que mal podem ser vistas e muito mais brilhantes do que realmente são. Na verdade, James Webb também confirmou imagens de várias lentes gravitacionais através de numerosas observações, e até confirmou imagens hipotéticas de estrelas e aglomerados individuais que parecem ter existido no universo primitivo.

A magia das lentes gravitacionais também pode ser usada para rastrear explosões de supernovas no universo primitivo. Se tivéssemos a sorte de ver a luz de uma galáxia primordial distante, onde uma explosão de supernova ocorreu através de lentes gravitacionais e foi amplificada com mais brilho no céu da Terra, seríamos capazes de ver o flash da explosão de supernova muito mais brilhante do que teria sido de outra forma. . Era porque ele estava tão longe que ele seria capaz. Ao analisar o espectro dessa luz, é possível determinar se o flash da supernova realmente ocorreu quando o Universo era jovem.

Com estas observações, os astrónomos planeiam reconsiderar a cosmologia moderna com base nos modelos existentes de supernovas do Tipo Ia. Muitos astrónomos já estão preocupados com a possibilidade de os mecanismos de explosão das supernovas do tipo Ia poderem ser ligeiramente diferentes no Universo primordial e no Universo actual, com base em modelos diferentes e cada vez mais sofisticados de evolução estelar e observações de explosões de supernovas. Argumenta-se também que a análise das primeiras supernovas cósmicas, que foram propostas como a evidência observacional mais direta da expansão acelerada do universo e da energia escura, pode ser explicada pela aplicação de um modelo de evolução estelar melhorado, em vez da hipótese de uma aceleração da evolução estelar. expansão do universo. É claro que, para encerrar este debate de uma vez por todas, mais explosões de supernovas deverão ser capturadas no universo primitivo no futuro.

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Uma vez que este fenómeno é o que deixa para trás o flash de luz mais brilhante, fomos capazes de usar esta supernova para observar o distante Universo primitivo. No entanto, o universo é tão vasto que mesmo os flashes de supernova mais brilhantes tornam-se fracos e escuros. Infelizmente, as explosões de supernovas são quase a única maneira de analisar o universo distante. A menos que encontremos uma forma mais inovadora, continuaremos a rastrear os tênues vestígios de explosões de supernovas no espaço profundo.

referência

https://webbbtelescope.org/contents/news-releases/2024/news-2024-122?fbclid=IwZXh0bgNhZW0CMTAAAR3u8LqQtLh9uOZQz40GvLsAa_Ma-rR0RZ2G2jLxP5IAIY2NumN6hIMaizs_aem_U_SLx3IS gd NS 1UwNgFX6w

escritor Ji Woong BaeEle é? Adoro gatos e espaço. Depois de assistir “Galaxy Express 999” quando criança, tive o sonho de promover a beleza do universo. Atualmente, ele pesquisa a evolução através da interação de galáxias no Centro de Pesquisa de Evolução de Galáxias da Universidade Yonsei e no Laboratório de Cosmologia próximo, e participa de várias atividades de comunicação científica, como palestras e redação. Ele escreveu livros como “O Observatório Astronômico”, “Pensando sobre o Universo o dia todo” e “A Ciência das Estrelas e da Luz”.















Ji Woong Bae


Colunista científico

escritor@bizhankook.com








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