Aktualności (nie tylko) fizyczne
Nagrody Nobla
Supernowa na żądanie
Tegoroczną Nagrodą Nobla z Fizyki podzielą się Saul Perlmutter, szef Supernova Cosmology Project, oraz Brian P. Schmidt i Adam G. Riess, obaj z High-z Supernova Search Team, za odkrycie przyspieszonej ekspansji Wszechświata za pomocą obserwacji dalekich supernowych.
O publikacjach [1, 2], za które głównie została przyznana tegoroczna nagroda,
było głośno na początku 1998 roku, czyli jeszcze przed ich ostatecznym
opublikowaniem. Oczywiście i my o tym pisaliśmy (Delta 5/1998).
Wyniki te zostały niezależnie potwierdzone analizą anizotropii reliktowego
mikrofalowego promieniowania tła oraz przeglądami wielkoskalowych struktur
Wszechświata (Delta 11/2000, 6/2003, 12/2006), co doprowadziło do uznania
standardowego modelu kosmologicznego
według którego
Wszechświat wygląda na euklidesowy, a na jego gęstość energii (zgodną
z gęstością krytyczną, czyli z „euklidesowością” właśnie) składa się
ciemna energia (prawie 3/4), ciemna materia (prawie 1/4), niecała jedna
dwudziesta zwykłej materii oraz zaniedbywalne wkłady od promieniowania
i neutrin. Choć nadal nie wiemy, ani czym jest ciemna materia, ani jak
należy interpretować ciemną energię, to za pierwszy krok w kierunku
obecnego paradygmatu kosmologicznego Nagroda Nobla należała się
jak psu kość.
W latach osiemdziesiątych XX wieku dojrzewał pomysł wykorzystania supernowych Ia jako świec standardowych. Eksplozje te powstają w układach podwójnych białego karła z inną gwiazdą, którą karzeł okrada z materii do momentu przekroczenia granicy Chandrasekhara, gdy następuje termojądrowy wybuch i gwiazda przez kilka tygodni świeci jaśniej od macierzystej galaktyki. Ponieważ za każdym razem wybucha prawie identyczny obiekt, więc ewolucja jego jasności absolutnej jest zawsze bardzo podobna, a ewentualne odstępstwa można monitorować i pomiar jasności odpowiednio poprawić.
Problem polega tylko na tym, że taki wybuch zdarza się w przeciętnej
galaktyce raz na kilkaset lat, a do precyzyjnego pomiaru trzeba użyć
dużego teleskopu, na którym czas pomiarowy musi być rezerwowany
z dużym wyprzedzeniem. Problem ten rozwiązał Perlmutter w 1988
roku, a swoje podejście nazwał supernowa na żądanie. Za pomocą
czterometrowego teleskopu wyposażonego w CCD (co obecnie jest standardem,
ale ćwierć wieku temu jeszcze nie było) jego zespół przeglądał niebo
tuż po nowiu, a następnie po trzech tygodniach (czyli przed kolejnym
nowiem) i automatycznie porównywał zdjęcia, poszukując kandydatów na
supernowe. Każdy przegląd obejmował tak olbrzymią liczbę galaktyk, że za
każdym razem można było oczekiwać około tuzina kandydatów,
którymi mogły zająć się zarezerwowane wcześniej duże teleskopy.
Pomimo tak zaawansowanego logistycznie przedsięwzięcia uzysk był bardzo
mały. Pierwszy wynik, Oparty o pojedynczą supernową o względnym
przesunięciu linii widmowych
został opublikowany w 1995
roku [3], a tytuł publikacji wskazuje, że oczekiwano zaobserwowania
spowolnienia ekspansji Wszechświata. Zasadniczym rezultatem miało być
porównanie odległości bolometrycznej wyznaczonej na podstawie
jasności obserwowanej i odległości wynikającej z przesunięcia linii
widmowych
Związek ten jest liniowy (prawo Hubble’a) aż do
a dla większych odległości zaczyna w nietrywialny sposób
zależeć od historii ekspansji. Mocno upraszczając, można powiedzieć, że
wyhamowywanie ekspansji w epoce po wybuchu powodowałoby wzrost
jasności obserwowanej i odwrotnie. Efekt ten powinien być najlepiej
widoczny dla
czyli dla czasów wybuchu sięgających
połowy wieku Wszechświata. W tym samym roku Perlmutter wraz
z Goobarem przedstawili [4], jak za pomocą pomierzenia kilkudziesięciu
odległych supernowych Ia
można określić, czy ekspansja
Wszechświata zwalnia czy przyspiesza. W tym samym czasie do gry włączył się
konkurencyjny zespół Schmidta, w którym pierwsze skrzypce grał Riess
(w 1995 roku mieli oni, odpowiednio, 28 i 26 lat!). Trzy lata później oba
zespoły oświadczyły, że z ich pomiarów wynika przyspieszanie ekspansji
Wszechświata, co może, i przeważnie jest, interpretowane jako obecność
ciemnej energii.
Podobny wynik dwóch różnych zespołów wzmacniał wiarygodność
przekazu, ale nadal pozostawały wątpliwości, czy zmniejszona obserwowana
jasność odległych galaktyk nie jest spowodowana czymś innym. Riess
poszedł za ciosem i postanowił sprawdzić, czy dla jeszcze odleglejszych
supernowych
da się zaobserwować spowolnienie przewidywane
przez model
spowodowane początkową dominacją materii nad
ciemną energią. W tym celu już wstępne poszukiwania trzeba było przenieść
na teleskop Hubble’a, który został wyposażony w Advanced Camera for
Surveys. Wyniki zostały opublikowane w 2004 roku [5] i potwierdziły
oczekiwane spowolnienie, a tym samym model
Myślę, że należy podkreślić nie tylko znakomite wyniki osiągnięte przez tegorocznych noblistów, ale również, a może przede wszystkim, ich zdolności organizacyjne. Wizja nie wystarczy, potrzebna jest jeszcze determinacja.