Energia Escura: Por que as supernovas Ia são confiáveis como velas padrão?
A figura demonstra a estrutura de uma supernova tipo Ia a partir de diversas observações. As cinzas das fagulhas iniciais aparecem em amarelo. Dependendo da linha de visão sob a qual a supernova é observada, diferentes características espectrais se manifestam. Por um lado a supernova mostra um desvio para o azul depois de algum tempo. No lado oposto a supernova exibe um "alto gradiente de velocidades" e seu espectro apresenta um desvio para o vermelho. Crédito: IPMU/Universidade de Tókio.
Entender a energia escura é um dos maiores objetivos da física moderna. Mas, o conhecimento de suas implicações na expansão acelerada do Universo depende da precisão das medidas cósmicas. Nós podemos tentar entender esta aceleração através do estudo do comportamento das supernovas tipo Ia, que atualmente são usadas como “velas padrão”. Assim, a distância entre nós e uma galáxia distante pode ser aferida quando lá ocorre uma supernova Ia, uma vez que a magnitude visual deste fenômeno depende da distância. Entretanto, quão precisas são estas “velas padrão”? Novos estudos confirmam a utilidade destas explosões estelares e tentam explicar porque algumas supernovas podem ser diferentes de outras.
Como ocorre uma supernova Ia?
Esta poderosa explosão estelas ocorre quando uma anã branca acumula material de uma companheira gigante próxima e sua massa se aproxima do limite de Chandrasekhar (cerca de 1,38 massas solares, para anãs brancas com a metalicidade do Sol). Neste ponto a pressão e a densidade cresceram além do limite suportável da anã branca e ele colapsa. Vários processos têm sido invocados para explicar os detalhes deste fenômeno. Enquanto as condições necessárias para a deflagração da explosão parecem se repetir em todas as supernovas Ia, estudos recentes têm demonstrado que a velocidade do desenvolvimento da seqüência de eventos pode variar. Assim, mudanças no chamado “gradiente de velocidade” têm sido notadas desde que estas supernovas passaram a ser usadas como alicerce da teoria da energia escura.
Visualização da explosão da supernova tipo Ia. A explosão da supernova 1a leva menos de 5 segundos, mas o supercomputador tem 160.000 processadores e gasta 22 milhões de horas totais de processamento para simular tal evento (Imagem: Argonne National Laboratory).
Ao relacionar o gradiente das velocidades ao deslocamento das linhas de emissão do espectro medido 200 dias após a explosão da supernova, Keiichi Maeda (Universidade de Tókio, Japão) e sua equipe descobriram que o grau de desvio do gradiente depende da direção pela qual a supernova foi observada. Os cientistas argumentaram que estas supernovas explodem assimetricamente e como os eventos são observados a partir de direções aleatórias, as diferenças causadas pelas assimetrias irão se anular, em média, quando consideramos um grande número de medições. Maeda afirmou: “É como matar três pássaros com uma única bala. Não se trata de apenas descobrir a origem de uma diversidade espectral. A descoberta agora nos livra de um problema sobre a utilidade das supernovas tipo Ia na cosmologia, uma vez que o efeito relacionado ao ângulo de visão será atenuado quando consideramos as médias de uma amostra de maior porte (1). Em adição, a idéia de usarmos um sistema uniforme foi resgatada (2). Finalmente, esta é a primeira indicação observacional forte sobre como as flamas termonucleares sofrem ignição (3), em oposição ao que os cientistas estimaram anteriormente”.
Assim, as supernovas Ia permanecem como as “velas padrão”, apesar das variações em suas características espectrais, confirmando a validade das medidas dos efeitos da energia escura fornecidos pelo High-z Supernova Search Team e pesquisas posteriores. No entanto ainda temos um mistério a elucidar: o que de fato atua contra a forca gravitacional e consegue acelerar um Universo em expansão? Por outro lado, ainda não terminamos as questões concernentes as diversidades encontradas em algumas supernovas Ia. Os cientistas encontraram exemplos de supernovas cujas estrelas conseguiram ultrapassar o limite de Chandrasekhar antes da explosão ocorrer. Mesmo assim, a grande maioria destes eventos ainda são indicadores confiáveis a usar na cosmologia, suportando a teoria da energia escura.:
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