کشف ابرنواختر «امید» توسط تلسکوپ جیمز وب؛ دانشمندان امیدوارند که یک معمای بزرگ فیزیک حل شود

دانشمندان با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب یک ابرنواختر در یک کهکشان که انگار کش آمده پیدا کرده‌اند. آن‌ها این ابرنواختر را «امید» نامیده‌اند، زیرا امیدوارند که به حل یکی از بزرگ‌ترین مسئله‌های فیزیک، یعنی «کشش هابل»، کمک کند.

مسئله کشش هابل از این حقیقت ناشی می‌شود که دانشمندان نمی‌توانند روی نرخ دقیق انبساط کیهان توافق کنند. این نرخ را می‌توان از کیهان نزدیک خودمان (و در نتیجه کیهان جدیدتر) تا کیهان دورتر محاسبه کرد، یا از کیهان دورتر (کیهان آغازین) به زمان نزدیک‌تر برگشت. مشکل این است که این دو روش نتایج یکسانی تولید نمی‌کنند.

این‌جاست که تلسکوپ فضایی جیمز وب وارد می‌شود. تصویر کهکشان کش‌آمده درواقع یک کهکشان است که دچار پدیده همگرایی گرانشی شده است. همگرایی گرانشی ممکن است راه سومی برای اندازه‌گیری نرخ انبساط کیهان باشد.

توجه دانشمندان زمانی به ابرنواختر امید جلب شد که سه نقطه نورانی را درون یک تصویر تلسکوپ جیمز وب از یک خوشه بسیار متراکم کهکشانی دیدند. این سه نقطه در تصویر سال ۲۰۱۵ تلسکوپ فضایی هابل از این خوشه، که PLCK G165.7+67.0 یا G165 نام دارد، قابل مشاهده نیستند.

امید یک ابرنواختر نوع  ایا  (Ia) است. این ابرنواخترها در منظومه‌های ستارهای دو تایی شامل یک ستاره رشته اصلی، مثل خورشید، و یک ستاره کوتوله سفید ایجاد می‌شوند. اگر این دو ستاره به‌اندازه کافی به یکدیگر نزدیک باشند، کوتوله سفید پلاسمای ستاره دیگر را به‌سمت خود می‌کشد. تجمع ماده به این شکل باعث یک انفجار گرماهسته‌ای (thermonuclear) می‌شود. دانشمندان از این نوع ابرنواختر برای محاسبه فواصل کیهانی استفاده می‌کنند و به آن «شمع استاندارد» می‌گویند.

این ابرنواختر شاید بتواند یک پل بین دو روش متفاوت محاسبه نرخ انبساط کیهان باشد.

در این تصویر همگرایی گرانشی، ابرنواختر امید در سه لحظه متفاوت دیده می‌شود.

حل معمای هابل با ابرنواختر امید

همگرایی گرانشی یکی از پدیده‌هایی است که نظریه نسبیت عام اینشتین پیش‌بینی می‌کند. طبق این نظریه، جرم باعث خمش فضا-زمان می‌شود و این خمش منشأ نیروی گرانش است. هرچه جرم بیشتر باشد، خمش فضا-زمان نیز بیشتر است. در نتیجه وقتی نور از کنار یک جرم بزرگ عبور می‌کند، همانند زمانی که از یک عدسی عبور می‌کند خم می‌شود. این پدیده را همگرایی گرانشی می‌نامند.

نور هنگام عبور از کنار یک جرم بزرگ، ممکن است در مسیرهایی با زوایا و طول‌های مختلف خم شود. در نتیجه، نور در زمان‌های مختلفی به تلسکوپ جیمز وب می‌رسد. به همین علت است که تصویر خم‌شده یک کهکشان را می‌توان در چند نقطه مختلف در یک عکس مشاهده کرد.

به همین ترتیب، نور ابرنواختر امید در سه لحظه متفاوت در تصویر جیمز وب از خوشه G165 ظاهر شده است. نور این ابرنواختر از سه مسیر متفاوت به تلسکوپ فضایی جیمز وب رسیده است. چون هر مسیر طول متفاوتی دارد و سرعت نور ثابت است، ما در این عکس ابرنواختر امید را در سه لحظه مختلف می‌بینیم. ترتیب زمانی این سه لحظه از این قرار هستند: ابتدا سمت راست، سپس چپ و در نهایت وسط.

دانشمندان می‌توانند با استفاده از تأخیر زمانی بین سه لحظه، فاصله ابرنواختر و خصوصیات همگرایی گرانشی، مقدار ثابت هابل را محاسبه کنند.

محاسبات آن‌ها نشان می‌دهد که نور ابرنواختر امید ۱۰.۳ میلیارد سال در راه بوده تا به زمین برسد. یعنی این انفجار ۳.۵ میلیارد سال پس از بیگ بنگ رخ داد. دانشمندان همچنین با استفاده از یک تحلیل طیفی توانستند فاصله زمانی میان سه لحظه را نیز پیدا کنند.

با این که این ابرنواختر متعلق به کیهان آغازین است، نتایج محاسبات دانشمندان با محاسبات مبتنی بر شمع‌های استاندارد کیهان نزدیک سازگار است. آن‌ها می‌گویند این دستاوردی بزرگ است و در رصدهای بعدی تلسکوپ جیمز وب می‌توان کران‌های ثابت هابل را با دقت بالاتری محاسبه کرد.