Supernova en la composición de la escuela secundaria
De hecho, más de un grupo de investigación descubrió que la expansión del universo se está acelerando, pues a finales de los 80 y principios de los 90 se lanzó en 1989 el "Proyecto de Cosmología de Supernovas" liderado por Perlmutter. El "Grupo de Detección de Supernovas de Alto Desplazamiento al Rojo" liderado por Schmidt, Reese y Filippenko también comenzó en 1994, apuntando a supernovas de tipo Ia estándar a la luz de las velas en el universo, pero esto fue muy difícil porque las supernovas de tipo Ia son menos, y se requiere que estén lo más lejos posible. posible (la expansión y el desplazamiento hacia el rojo del universo serán más evidentes a gran escala).
Pasó mucho tiempo y ambos equipos encontraron suficientes objetos objetivo. A través de estadísticas e investigaciones, llegaron respectivamente a la conclusión de que la luminosidad de una supernova de tipo Ia como una vela estándar parece ser más tenue (más desplazada hacia el rojo) que la expansión del universo a la "velocidad estándar" si se calcula en términos. de distancia, es alrededor del 10% -15%.
Basado en esta investigación, los dos equipos compartieron el Premio Nobel de Física 2011.
¿Qué es el corrimiento al rojo?
Aquí introduciremos brevemente algunos términos cósmicos, que son diferentes de los habituales acercamientos y salidas de los cuernos en la vida diaria. Cuando la fuente de luz se acerca y se aleja, se producirá un efecto similar. ¡Esto se llama desplazamiento Doppler!
Cuando la fuente de luz está más cerca, la frecuencia se comprime y la luz que ves se mueve hacia la dirección azul-violeta. Este es el llamado desplazamiento hacia el azul. Si la fuente de luz está lejos, la frecuencia de la luz se comprimirá y la luz vista se moverá en la dirección de la luz roja. Esto se llama corrimiento al rojo. La velocidad de los objetos distantes varía con la distancia, por lo que el valor de corrimiento al rojo de un objeto indica qué tan lejos está de la Tierra.
¿Qué tipo de estrella es una supernova de Tipo Ia?
Esta supernova es un tipo de supernova formada en condiciones especiales. Por lo general, una de las dos estrellas evoluciona primero hacia una enana blanca de carbono y oxígeno. Debido a una temperatura insuficiente, el núcleo de la estrella colapsa en una enana blanca de carbono y oxígeno sin presión térmica, y cuando la otra de las dos estrellas evoluciona a una gigante roja, su capa de gas en expansión cae en la hoja de Roche de la enana blanca y colapsa. El aumento de material fagocítico aumenta la presión central y aumenta la temperatura, lo que puede desencadenar la fusión del carbono. A diferencia de los núcleos estelares, que pueden autorregular la presión térmica, esta fusión de material degenerado no está controlada por la masa de la enana blanca. Con el tiempo, esta reacción de fusión nuclear descontrolada hará estallar por completo toda la estrella enana blanca, sin dejar ningún cuerpo celeste en el centro.
La masa de una explosión de supernova de Tipo Ia es relativamente estable, y el núcleo pierde el control cuando supera el límite de Chandrasekhar y colapsa. La luminosidad de esta explosión de supernova es tan estable que los astrónomos suelen utilizarla como referencia de "vela estándar" para medir la distancia entre galaxias.
Otra supernova de tipo Ia es la fusión de dos estrellas enanas blancas (también existe una supernova de tipo IaX especial, los amigos interesados pueden buscarla).
La relación entre la expansión del universo y las supernovas de tipo Ia
Explicamos arriba el motivo del corrimiento al rojo. El universo se está expandiendo. Según las últimas mediciones, la constante de Hubble es de 67,15 kilómetros/segundo/megaparsec. Según este resultado, existe un rango en la escala del corrimiento al rojo de las galaxias. La investigación realizada por los dos equipos mencionados anteriormente muestra que el universo se está expandiendo más rápido de lo que estimamos, razón por la cual la expansión del universo se está acelerando.
1. La densidad crítica del universo
Desde que el modelo BIGBANG fue aceptado gradualmente, la determinación de la tasa de expansión del universo y el resultado futuro del universo ha sido un tema. de gran interés. El universo en expansión tiene una limitación significativa, ya que el espacio-tiempo con masa curva eventualmente reunirá objetos en todo el universo, pero hay una métrica, y esta métrica se basa en las métricas de Friedmann-Lemaitre-Robertson-Wolcker y la relatividad general.
La métrica de Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker se basa en principios cosmológicos. Sólo hay tres formas del universo que cumplen los requisitos de uniformidad e isotropía, pero los nombres son demasiado largos para pronunciarlos. Generalmente se les llama métrica de Robertson-Walker.
Por supuesto, también existe una premisa, que es el valor de k. El satélite Planck lanzado en 2009, a través de observaciones exhaustivas de la radiación cósmica de fondo de microondas, las lentes gravitacionales y las oscilaciones acústicas bariónicas, descubrió que la planitud del universo es 0,001 ,006, es decir, el universo sigue siendo plano, con una precisión del 6‰. Luego, basándose en este estándar, se deriva una fórmula para calcular la densidad crítica del universo:
Cuando H = 70 km/s/megaparsec, la densidad crítica del universo es 3,6 × 10-30 g/cm 3 La densidad actual del universo. La tasa de expansión es de 67,15 km/s, lo que está muy cerca.
2. Energía oscura
Parece que nuestro universo va a mantener un estado tan crítico, pero la expansión del universo observada desde la explosión de la supernova Tipo Ia en 1998 parece serlo. superando nuestra anterior La tasa de expansión observada del universo es entre un 10% y un 15% más alta. Según las supernovas de Tipo Ia observadas, la expansión del universo comenzó a acelerarse hace unos 9.800 millones de años, y esta expansión comenzó a acelerarse hace unos 4.000 millones de años.
Los astrónomos son maestros de la espesa ciencia negra. Inmediatamente revisaron el modelo de expansión cósmica e introdujeron el concepto de energía oscura para explicar por qué la expansión del cosmos se está acelerando. Esto lo calcularon los satélites WMAP y posteriores de Planck. es el segundo dato sorprendente que ha revelado la proporción más precisa de materia en el universo. En el universo sólo hay un 4,9% de materia, un 26,8% de materia oscura y un 68,3% de energía oscura. Si se sigue esta relación, los futuros modelos de inflación terminarán con una expansión infinita del universo.
Energía oscura: Es un concepto propuesto por el cosmólogo teórico estadounidense Michael Turner en 1998 debido a la expansión acelerada del universo. Los astrónomos creen que la energía oscura es algún tipo de energía que actúa directamente sobre la estructura del espacio-tiempo, en contra de la gravedad, provocando que la estructura del espacio-tiempo se expanda. Tenga en cuenta que la energía oscura sigue siendo sólo un valor calculado.
Guiado por la energía oscura, el futuro del universo es un desenlace predecible, expandiéndose infinitamente hasta alcanzar un estado de silencio térmico, aunque los modelos cosmológicos proponen varios finales para el futuro del universo.
Sin embargo, a partir de las observaciones de la astronomía moderna, todas las evidencias apuntan a la expansión infinita del universo, y podemos entender fácilmente lo que significa este silencio térmico. Debido a la expansión infinita del espacio, la densidad del universo futuro llegará por debajo de la densidad crítica, la gravedad de la materia ya no estabilizará el universo o colapsará nuevamente y, finalmente, la nebulosa se disipará. Después de que la estrella enana roja se apague, no nacerán nuevas estrellas y el universo se hundirá en la oscuridad, pero esto es sólo el comienzo de la muerte por calor.
Voice of Doubt
2065438+En junio de 2005, tres expertos en campos relacionados publicaron un artículo en "Scientific Reports" analizando 740 Ia proporcionadas por muestras de supernova tipo JLA (varias veces superiores a el número de muestras de supernova utilizadas por los dos grupos anteriores). Creen que la certeza de la expansión acelerada del universo es inferior a 3σ (una σ minúscula, utilizada para representar la desviación estándar estadística), mientras que el estándar comúnmente utilizado en física de partículas es 5σ.
Como espectador, ¿se siente aliviado? Pero, por favor, no se alegre demasiado pronto, ¡porque el espectáculo de la reversión instantánea aún está por llegar!
Reversión instantánea: voz de apoyo
Con las voces de los tres escépticos todavía en mis oídos, en octubre del mismo año, Hayden del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley y la Universidad Estatal de Florida, Lawrence Rubin del Laboratorio Nacional de Berkeley publicó un artículo sobre arxiv, expresando su apoyo al trabajo de investigación de los dos grupos 65438 a 0998. También llevaron a cabo un análisis riguroso de muestras de supernovas de Tipo Ia proporcionadas por JLA y quedaron convencidos de que el universo sí tiene signos de expansión acelerada a esta escala.
La conclusión final del Premio Nobel
En 2011, los líderes que llevaron a los dos grupos a llegar a sus respectivas conclusiones ganaron el Premio Nobel de Física 2011, repartiéndose el bono según su aporte al equipo.
Todos sabrán que Einstein nunca ganó el Premio Nobel de Física por su teoría de la relatividad. No es sólo que el comité de selección no pudo entender su teoría como aquellos veteranos, sino que fue difícil probar su teoría. El Premio Nobel es particularmente cauteloso a este respecto. Esta vez, dos grupos ganaron el premio. Básicamente, la comunidad científica apoya la idea de la expansión acelerada en la teoría de la expansión del universo.
El objetivo de acelerar la expansión del universo está dirigido al silencio térmico, comúnmente conocido como Big Rip, pero no hay que preocuparse demasiado, porque esta distancia aún es temprana, y la expansión del universo no es obvio en la escala de los grupos de galaxias locales. En este rango, la gravedad domina porque la energía oscura necesita apoderarse masivamente de la barra donde domina la gravedad.