Gond van a szupernóvákkal

Az Ia típusú szupernóvákat "standard gyertyákként" alkalmazzák a távolságok méréséhez szerte az univerzumban, azonban egyre több probléma merül fel körülöttük.

1572 novemberében egy korábban nem látott, fényes csillag jelent meg az éjszakai égen. Hamarosan a Nap és a Hold kivételével mindent túlragyogott, még nappal is jól látható maradt. Egy dán csillagász, Tycho Brahe 16 hónapon át követte nyomon ezt a csillagot, ami lassú halványodása során színét először fehérről sárgássá változtatta, majd narancsszínűvé vált, végül pedig halvány vöröses fényt vett fel.

Ma már tudjuk, hogy Brahe valószínűleg egy Ia típusú szupernóvát látott, egy olyan élete végéhez érkezett csillagfajtát, ami az elmúlt 30 évben rendkívüli fontossággal bír az asztrofizikusok körében. Ismereteik szerint mindegyik ugyanolyan fényességgel rendelkezik, ezért az Ia típusú szupernóvákat "standard gyertyákként" alkalmazzák a távolságok méréséhez szerte az univerzumban. Azonban az Ia szupernóvák körül egyre több probléma merül fel, ami megingatni látszik a mérések hitelességét.

Már jóval korábban egyértelművé vált, hogy az Ia szupernóvák nem egyforma fényességgel robbannak fel, mára pedig már odáig jutottunk, hogy a csillagászok, akik nem is olyan rég még megingathatatlanok voltak a kialakulásokról szerzett ismereteikben, ma már korántsem olyan magabiztosak. A dolog hátulütője, hogy nem csupán puszta részletek forognak kockán, ez a bizonytalanság alááshatja a sötét energia tanulmányozását, ami elméletileg áthatja a világűrt és meghatározhatja az univerzum sorsát is.

Éves szinten a csillagászok körülbelül 600 szupernóváról számolnak be világegyetem-szerte, ezek közel fele Ia típusú. A klasszikus magyarázat szerint az Ia az ősöreg fehér törpe csillagok haláltánca. A legtöbb fehér törpe csak üldögél az űrben, és gyakorlatilag semmit sem csinál, ha azonban sikerül egy társ-csillaggal, egy vörös óriással párba állni, akkor már érdekes dolgokra képesek. A fehér törpe gázt húz el kísérőjétől, ezt a folyamatot nevezik akkréciónak, gyarapodásnak. Amikor a fehér törpe meghaladja a Nap tömegének 1,38-szorosát, az úgynevezett Chandrasekhar-határt, többé már nem tudja fenntartani magát a gravitációval szemben és összeomlik. Egy nukleáris fúzió hullám söpör végig a csillagon darabokra robbantva a fehér törpét. Ez az elmélet.

A gyakorlatban viszont a csillagászoknak rengeteg erőfeszítésükbe telik, hogy igazolást nyerjenek arra, hogy a fenti folyamat valóban így zajlik le. A gond az, hogy míg az akkréció a kísérőből elengedhetetlen egy szupernóva kialakulásához, magában még koránt sem elegendő, emellett az akkréciós ráta is rendkívül lényeges. A területet kutató Stephen Smartt, a belfasti Queen's University munkatársa szerint egészen finomra kell hangolni a tömegáramlási arányt a számítógépes modellekben ahhoz, hogy egy fehér törpe szupernóvává váljon. Ha a tömeg túl lassan áramlik, a fehér törpe évmilliárdok alatt éri el a kritikus határt, ha túl gyors az áramlás a felhalmozódott anyag túl hamar robban be, a robbanás pedig gyengébb lesz a megfigyelteknél és máris oda a standard gyertya.

A csillagászok közel 700 olyan fehér törpét ismernek, melyek anyagot vonnak el kísérőiktől, azonban csak egy igen kis hányaduknál figyelhető meg a megfelelő arányú áramlás. "Mindannyian úgy tartjuk, hogy a fehér törpék gyarapodnak, majd felrobbannak, csak éppen még egyet sem láttunk így megsemmisülni" - taglalta Robert Kirshner, a Harvard asztrofizikusa. Ez igen kínos a csillagászokra nézve, mivel az Ia típusú szupernóvák nem pusztán látványosságok, hanem a sötét energia létezésének egyik legfőbb bizonyító eszközei is lennének.

Mivel a feltevések szerint az összes Ia ugyanolyan energiával robban, fényességbeli különbségeik a távolságoknak tudható be, ami remek standard gyertyákká teszi őket. 1998-ban egy Ia típusú szupernóvával számolták ki az univerzum tágulásának ütemét. A csillagászok a gravitáció miatt lassulásra számítottak, azonban pont az ellenkezőjét kapták eredményül, a tágulás gyorsul. Az általánosan elfogadott magyarázat szerint az univerzum telítve van egy rejtélyes, úgynevezett "sötét energiával", ami a gravitációval ellentétesen hat.

A csillagászok ezek után úgy vélték, hogy bár vannak eltérések, azok mindössze 2,5%-on belül mozognak, azaz többé-kevésbé minden Ia robbanás ugyanannyi energiát szabadít fel, a sötét energia elmélete nincs veszélyben, különösen, hogy egyéb létezést igazoló bizonyítékok is felbukkantak. A szupernóvák azonban úgy gondolták, hogy ideje újra némi borsot törni a csillagászok orra alá, így a múlt hónapban egy rendkívül távoli, 8 milliárd fényévre található Ia típusú szupernóva 12%-kal fényesebb robbanást produkált, mint a jóval közelebbi példányok. Magyarázatot természetesen még nem sikerült találni. Amíg nem tudjuk, mi okozza ezeket a különbségeket, addig az univerzum tágulását sem lehet olyan pontossággal megmérni, ami alapján kijelenthető lenne, hogy a tágulás üteme gyorsul, és ennek következtében a sötét energia ereje nőtt volna az idők során, pedig a válasz értékes utalásokat tenne a világegyetem sorsára.

Ha a sötét energia valóban változik, akkor a legalkalmasabb magyarázat, hogy a gravitáció másként fejti ki hatását ilyen nagy távolságokon. Ha a sötét energia konstans, akkor valószínűleg az üres tér rendelkezik egy örökös energiával, ami az univerzumot tágítja, ez Einstein kozmológiai konstansával csengene egybe. Ezek fényében nem csoda, hogy a csillagászok szeretnének egy pontos meghatározást adni az Ia típusú szupernóváknak. Lássuk, mi az amit tudunk.

A fehér törpék részvételének bizonyítékai igen meggyőzők. Kiindulásként az Ia szupernóva bármilyen égi közegben képes létrejönni, gyakran a csillagformálódási területektől távol, ami azt jelzi, hogy az elődöknek időseknek kell lenniük. Másodszor fényességük csökkenése arra utal, hogy a felrobbanó objektumot nem veszi körül gáz, ami máris kizárja a legtöbb csillagtípust. Ezeket összeadva a fehér törpék pozíciója elég szilárdnak mondható. A kérdés, ahogy Smartt is megfogalmazta, "hogyan robbanthatók fel".

Az egyik lehetőség, hogy az akkréció klasszikus modellje hibás. A csillagászok felvetettek egy másik lehetséges forgatókönyvet, melyben két fehér törpe kering egymás körül, és idővel összeütköznek. Ezt a megfigyelések teszik valószínűtlenné: egy felmérés, ami 1014 fehér törpét katalogizált, mindössze 139 párt talált, azonban egyik sem tűnt igazán szupernóva-esélyesnek. Végül pedig ott az eshetőség, hogy egy fehér törpe számos más módon is elpusztulhat, amit ha valaki meg tudna erősíteni, nem okozna vele túl nagy meglepetést, véli Saul Perlmutter, a Lawrence Berkeley Nemzeti Laboratórium tudósa, a sötét energia létezését bizonyító csapat tagja, aki jelenleg a NASA SNAP (Supernova Acceleration Probe) projektjének munkálatait irányítja.

Ez egyike annak a három tervezetnek, melyekkel várhatóan a sötét energiát vizsgálni tudják. A projekt egyik része több ezer szupernóva robbanás folyamatában történő megfigyelése lesz. A tudósok reményei szerint a begyűjthető szupernóva adatok megoldják a fejtörőt, csak ezután tudhatjuk meg, hogy az elméletek megállják-e a helyüket, vagy kezdődhet az elejéről az egész fejtegetés.