p Os cosmologistas descobriram uma maneira de dobrar a precisão da medição de distâncias até explosões de supernovas - uma de suas ferramentas testadas e comprovadas para estudar a misteriosa energia escura que está fazendo o universo se expandir cada vez mais rápido. Os resultados da colaboração da Nearby Supernova Factory (SNfactory), liderado por Greg Aldering do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab), permitirá que os cientistas estudem a energia escura com uma precisão e exatidão muito melhoradas, e fornecer uma verificação cruzada poderosa da técnica através de vastas distâncias e tempo. As descobertas também serão fundamentais para os próximos experimentos de cosmologia que usarão novos telescópios terrestres e espaciais para testar explicações alternativas da energia escura. p Dois artigos publicados no Astrophysical Journal relatar essas descobertas, com Kyle Boone como autor principal. Atualmente é pós-doutorado na Universidade de Washington, Boone é um ex-aluno de graduação do Prêmio Nobel Saul Perlmutter, o cientista sênior do Berkeley Lab e professor da UC Berkeley que liderou uma das equipes que originalmente descobriram a energia escura. Perlmutter também foi co-autor de ambos os estudos.

p As supernovas foram usadas em 1998 para fazer a surpreendente descoberta de que a expansão do universo está se acelerando, em vez de desacelerar como era esperado. Essa aceleração - atribuída à energia escura que compõe dois terços de toda a energia do universo - foi desde então confirmada por uma variedade de técnicas independentes, bem como por estudos mais detalhados de supernovas.

p A descoberta da energia escura contou com o uso de uma classe particular de supernovas, Digite Ia. Essas supernovas sempre explodem com quase o mesmo brilho máximo intrínseco. Como o brilho máximo observado da supernova é usado para inferir sua distância, as pequenas variações restantes no brilho máximo intrínseco limitaram a precisão com a qual a energia escura poderia ser testada. Apesar de 20 anos de melhorias por muitos grupos, os estudos de supernovas da energia escura até agora permaneceram limitados por essas variações.

p Quadruplicando o número de supernovas

p Os novos resultados anunciados pela SNfactory vêm de um estudo de vários anos dedicado inteiramente a aumentar a precisão das medições cosmológicas feitas com supernovas. A medição da energia escura requer comparações dos brilhos máximos de supernovas distantes a bilhões de anos-luz de distância com aqueles de supernovas próximas "apenas" 300 milhões de anos-luz de distância. A equipe estudou centenas dessas supernovas próximas com detalhes requintados. Cada supernova foi medida várias vezes, em intervalos de alguns dias. Cada medição examinou o espectro da supernova, registrando sua intensidade em toda a faixa de comprimento de onda da luz visível. Um instrumento feito sob medida para esta investigação, o espectrômetro de campo integral SuperNova, instalado no telescópio de 2,2 metros da Universidade do Havaí em Maunakea, foi usado para medir os espectros.

p "Há muito tempo temos essa ideia de que, se a física da explosão de duas supernovas fosse a mesma, seus brilhos máximos seriam os mesmos. Usando os espectros da Fábrica de Supernova Próximas como uma espécie de tomografia computadorizada através da explosão da supernova, poderíamos testar essa ideia, "disse Perlmutter.

p De fato, vários anos atrás, física Hannah Fakhouri, em seguida, um estudante de pós-graduação trabalhando com Perlmutter, fez uma descoberta chave para os resultados de hoje. Olhando para uma infinidade de espectros obtidos pela SNfactory, ela descobriu que em vários casos, os espectros de duas supernovas diferentes pareciam quase idênticos. Entre as cerca de 50 supernovas, alguns eram gêmeos virtualmente idênticos. Quando os espectros ondulantes de um par de gêmeos foram sobrepostos, para o olho, havia apenas uma única faixa. A análise atual baseia-se nesta observação para modelar o comportamento das supernovas no período próximo ao tempo de seu brilho máximo.

p O novo trabalho quase quadruplica o número de supernovas usadas na análise. Isso tornou a amostra grande o suficiente para aplicar técnicas de aprendizado de máquina para identificar esses gêmeos, levando à descoberta de que os espectros de supernovas do Tipo Ia variam apenas de três maneiras. Os brilhos intrínsecos das supernovas também dependem principalmente dessas três diferenças observadas, tornando possível medir distâncias de supernova com a notável precisão de cerca de 3%.

p Tão importante quanto, este novo método não sofre os preconceitos que afetaram os métodos anteriores, visto ao comparar supernovas encontradas em diferentes tipos de galáxias. Uma vez que as galáxias próximas são um pouco diferentes das distantes, havia uma séria preocupação de que tal dependência produzisse leituras falsas na medição de energia escura. Agora, essa preocupação pode ser bastante reduzida medindo supernovas distantes com esta nova técnica.

p Ao descrever este trabalho, Boone observou, "A medição convencional de distâncias de supernova usa curvas de luz - imagens tiradas em várias cores conforme uma supernova se ilumina e desbota. Em vez disso, usamos um espectro de cada supernova. São muito mais detalhados, e, com as técnicas de aprendizado de máquina, tornou-se possível discernir o comportamento complexo que era a chave para medir distâncias mais precisas. "

p Os resultados dos artigos de Boone irão beneficiar dois experimentos importantes futuros. O primeiro experimento será no Observatório Rubin de 8,4 metros, em construção no Chile, com sua Pesquisa de Legado de Espaço e Tempo, um projeto conjunto do Departamento de Energia e da National Science Foundation. O segundo é o futuro telescópio espacial Nancy Grace Roman da NASA. Esses telescópios medirão milhares de supernovas para melhorar ainda mais a medição da energia escura. Eles serão capazes de comparar seus resultados com medições feitas usando técnicas complementares.

p Aldering, também um co-autor nos artigos, observou que "não apenas esta técnica de medição de distância é mais precisa, requer apenas um único espectro, tirada quando uma supernova é mais brilhante e, portanto, mais fácil de observar - um divisor de águas! "Ter uma variedade de técnicas é particularmente valioso neste campo onde os preconceitos se revelaram errados e a necessidade de verificação independente é alta.