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Las explosiones de supernova revelan detalles precisos sobre la energía oscura y la materia oscura

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Las explosiones de supernova revelan detalles precisos sobre la energía oscura y la materia oscura

Impresión artística de dos estrellas enanas blancas fusionándose y creando una supernova de tipo Ia. Crédito: ESO/L. Calcada

Un análisis de más de dos décadas de explosiones de supernovas refuerza de manera convincente las teorías cosmológicas modernas y revitaliza los esfuerzos para responder preguntas fundamentales.

Los astrofísicos han realizado un nuevo y poderoso análisis que establece los límites más precisos jamás conocidos sobre la composición y evolución del universo. Con este análisis, denominado Panthéon+, los cosmólogos se encuentran en una encrucijada.

Pantheon+ concluye de manera convincente que el cosmos es aproximadamente dos tercios de energía oscura y un tercio de materia, principalmente en forma de materia oscura, y está creciendo a un ritmo acelerado en los últimos mil millones de años. Sin embargo, Pantheon+ también consolida un gran desacuerdo sobre el ritmo de esta expansión que aún no se ha resuelto.

Al colocar las principales teorías cosmológicas modernas, conocidas como el modelo estándar de cosmología, sobre una base evidencial y estadística aún más sólida, Pantheon+ cierra aún más la puerta a marcos alternativos que representan energía oscura y materia negra. Ambos son los cimientos del modelo estándar de cosmología pero aún no han sido detectados directamente. Se encuentran entre los mayores misterios del modelo. Tras los resultados de Pantheon+, los investigadores ahora pueden realizar pruebas de observación más precisas y refinar las explicaciones del cosmos aparente.

Tipo Ia G299 Supernova

G299 fue dejado atrás por una clase particular de supernova llamada Tipo Ia. Crédito: NASA/CXC/U.Texas

«Con estos resultados de Pantheon+, podemos imponer las restricciones más precisas sobre la dinámica y la historia del universo hasta la fecha», dice Dillon Brout, miembro de Einstein en el Centro de Astrofísica | Harvard y Smithsonian. «Hemos revisado los datos y ahora podemos decir con más confianza que nunca cómo ha evolucionado el universo a lo largo de los eones y que las mejores teorías actuales sobre energía oscura y materia oscura se mantienen».

Brout es el autor principal de una serie de artículos que describen la nueva Análisis de Panteón+publicado conjuntamente el 19 de octubre en un número especial de El diario astrofísico.

Pantheon+ se basa en el conjunto de datos más grande de su tipo, que incluye más de 1500 explosiones estelares llamadas supernovas de tipo Ia. Estas explosiones luminosas se producen cuando[{» attribute=»»>white dwarf stars — remnants of stars like our Sun — accumulate too much mass and undergo a runaway thermonuclear reaction. Because Type Ia supernovae outshine entire galaxies, the stellar detonations can be glimpsed at distances exceeding 10 billion light years, or back through about three-quarters of the universe’s total age. Given that the supernovae blaze with nearly uniform intrinsic brightnesses, scientists can use the explosions’ apparent brightness, which diminishes with distance, along with redshift measurements as markers of time and space. That information, in turn, reveals how fast the universe expands during different epochs, which is then used to test theories of the fundamental components of the universe.

El descubrimiento innovador en 1998 del crecimiento acelerado del universo fue a través de un estudio de supernovas de Tipo Ia de esta manera. Los científicos atribuyen la expansión a la energía invisible, por lo tanto denominada energía oscura, inherente a la estructura del universo mismo. Les décennies de travail suivantes ont continué à compiler des ensembles de données toujours plus volumineux, révélant des supernovae dans une gamme encore plus large d’espace et de temps, et Pantheon + les a maintenant réunies dans l’analyse la plus robuste statistiquement à ce día.

“En muchos sentidos, este último análisis de Pantheon+ es la culminación de más de dos décadas de esfuerzos diligentes por parte de observadores y teóricos de todo el mundo para descifrar la esencia del cosmos”, dice Adam Riess, uno de los ganadores del premio Nobel de 2011. Premio de Física por el descubrimiento de la expansión acelerada del universo y Profesor Distinguido Bloomberg en Universidad Johns Hopkins (JHU) y el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore, Maryland. Riess también es alumno de la Universidad de Harvard, con un doctorado en astrofísica.

«Con este conjunto de datos Pantheon+ combinado, obtenemos una visión precisa del universo desde que estaba dominado por la materia oscura hasta que el universo quedó dominado por la energía oscura». — Dillon Brout

La propia carrera de Brout en cosmología se remonta a sus años de estudiante en JHU, donde Riess le enseñó y aconsejó. Allí, Brout trabajó con Dan Scolnic, entonces estudiante de doctorado y asesor de Riess, quien ahora es profesor asistente de física en la Universidad de Duke y otro coautor de la nueva serie de artículos.

Hace varios años, Scolnic desarrolló el análisis Pantheon original de unas 1.000 supernovas.

Hoy, Brout y Scolnic y su nuevo equipo Pantheon+ han agregado aproximadamente un 50 % más de puntos de datos de supernova a Pantheon+, junto con mejoras en las técnicas de análisis y resolución de posibles fuentes de error, lo que finalmente ha logrado el doble de precisión que el Pantheon original.

«Este salto en la calidad del conjunto de datos y en nuestra comprensión de la física detrás de él no hubiera sido posible sin un equipo destacado de estudiantes y colaboradores que trabajaron diligentemente para mejorar cada faceta del análisis», dice Brout.

Tomando los datos en su conjunto, el nuevo análisis indica que el 66,2% del universo se manifiesta como energía oscura, siendo el 33,8% restante una combinación de materia oscura y materia. Para llegar a una comprensión aún más completa de los componentes constituyentes del universo en diferentes momentos, Brout y sus colegas combinaron Pantheon+ con otras mediciones complementarias, independientes y fuertemente demostradas de la estructura a gran escala del universo y con mediciones de la primera luz en el universo, el fondo cósmico de microondas.

«Gracias a estos resultados de Pantheon+, podemos plantear las restricciones más precisas sobre la dinámica y la historia del universo hasta la fecha». — Dillon Brout

Otro resultado clave de Pantheon+ se relaciona con uno de los principales objetivos de la cosmología moderna: determinar la tasa actual de expansión del universo, conocida como la constante de Hubble. La combinación de la muestra Pantheon+ con datos de la colaboración SH0ES (Supernova H0 para la ecuación de estado), dirigida por Riess, da como resultado la medición local más ajustada de la tasa de expansión actual del universo.

Pantheon+ y SH0ES juntos encuentran una constante de Hubble de 73,4 kilómetros por segundo por megaparsec con solo un 1,3 % de incertidumbre. En otras palabras, por cada megaparsec, o 3,26 millones de años luz, el análisis estima que en el universo cercano, el espacio mismo se expande a más de 160 000 millas por hora.

Sin embargo, las observaciones de un tiempo completamente diferente en la historia del universo predicen una historia diferente. Las mediciones de la primera luz del universo, el fondo cósmico de microondas, cuando se combinan con el modelo estándar actual de cosmología, fijan consistentemente la constante de Hubble a una tasa significativamente más baja que las observaciones tomadas a través de supernovas del tipo Ia y otros marcadores astrofísicos. Esta enorme discrepancia entre las dos metodologías se ha denominado tensión de Hubble.

Los nuevos conjuntos de datos Pantheon+ y SH0ES aumentan esta tensión del Hubble. De hecho, el voltaje ahora ha superado el importante umbral de 5 sigma (alrededor de una posibilidad en un millón de que ocurra debido al azar) que los físicos usan para distinguir entre un posible azar estadístico y algo que, por lo tanto, debe entenderse. Alcanzar este nuevo nivel estadístico destaca el desafío para los teóricos y astrofísicos que intentan explicar la brecha constante de Hubble.

«Pensamos que sería posible encontrar pistas para una nueva solución a estos problemas en nuestro conjunto de datos, pero en cambio descubrimos que nuestros datos descartan muchas de estas opciones y que las divergencias profundas siguen siendo tan obstinadas como nunca», dice Brout. . .

Los resultados de Pantheon+ podrían ayudar a señalar dónde se encuentra la solución a la tensión del Hubble. «Muchas teorías recientes han comenzado a apuntar a una nueva física exótica en el universo muy primitivo, sin embargo, tales teorías no verificadas deben resistir el proceso científico y la tensión del Hubble sigue siendo un gran desafío», dice Brout.

En general, Pantheon+ ofrece a los científicos una visión integral de gran parte de la historia cósmica. Las supernovas más antiguas y distantes del conjunto de datos brillan a 10.700 millones de años luz de distancia, que es de cuando el universo tenía aproximadamente una cuarta parte de su edad actual. . En ese tiempo anterior, la materia oscura y su gravedad asociada controlaban la tasa de expansión del universo. Tal estado de cosas ha cambiado dramáticamente durante los siguientes miles de millones de años, ya que la influencia de la energía oscura ha superado a la de la materia oscura. Desde entonces, la energía oscura ha dispersado el contenido del cosmos cada vez más y a un ritmo cada vez mayor.

«Con este conjunto de datos combinado de Pantheon+, obtenemos una visión precisa del universo desde que estaba dominado por la materia oscura hasta que el universo quedó dominado por la energía oscura», dice Brout. . «Este conjunto de datos es una oportunidad única para ver cómo se activa la energía oscura e impulsar la evolución del cosmos en escalas más grandes hasta el presente».

Es de esperar que estudiar este cambio ahora con evidencia estadística aún más sólida conduzca a nuevos conocimientos sobre la naturaleza enigmática de la energía oscura.

“Pantheon+ nos brinda nuestra mejor oportunidad hasta ahora para limitar la energía oscura, sus orígenes y evolución”, dice Brout.

Referencia: «Análisis de Pantheon+: restricciones cosmológicas» por Dillon Brout, Dan Scolnic, Brodie Popovic, Adam G. Riess, Anthony Carr, Joe Zuntz, Rick Kessler, Tamara M. Davis, Samuel Hinton, David Jones, W. D’Arcy Kenworthy, Erik R. Peterson, Khaled Said, Georgie Taylor, Noor Ali, Patrick Armstrong, Pranav Charvu, Arianna Dwomoh, Cole Meldorf, Antonella Palmese, Helen Qu, Benjamin M. Rose, Bruno Sanchez, Christopher W. Stubbs, Maria Vincenzi, Charlotte M. Wood, Peter J. Brown, Rebecca Chen, Ken Chambers, David A. Coulter, Mi Dai, Georgios Dimitriadis, Alexei V. Filippenko, Ryan J. Foley, Saurabh W. Jha, Lisa Kelsey, Robert P. Kirshner, Anais Möller, Jessie Muir, Seshadri Nadathur, Yen-Chen Pan, Armin Rest, Cesar Rojas-Bravo, Masao Sako, Matthew R. Siebert, Mat Smith, Benjamin E. Stahl y Phil Wiseman, 19 de octubre de 2022, El diario astrofísico.
DOI: 10.3847/1538-4357/ac8e04

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Cancelado el lanzamiento final del cohete Delta IV Heavy justo antes del despegue

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Cancelado el lanzamiento final del cohete Delta IV Heavy justo antes del despegue

ACTUALIZACIÓN: El lanzamiento del cohete Delta IV Heavy se pospuso hasta el viernes 29 de marzo a la 1:37 p. m. EDT, debido a un problema con el gasoducto de nitrógeno. Live Science transmitirá en vivo el próximo intento de lanzamiento en ese momento. aquí está declaración completa publicado por United Launch Alliance:

«El lanzamiento de un United Launch Alliance Delta IV Heavy que transportaba la misión NROL-70 para la Oficina Nacional de Reconocimiento fue cancelado debido a un problema con el gasoducto de nitrógeno que proporciona presión neumática a los sistemas del vehículo de lanzamiento. El equipo ha iniciado operaciones para asegurar El lanzamiento está programado para el viernes 29 de marzo a la 1:37 p.m.EDT.

El último cohete Delta de United Launch Alliance (ULA) está programado para lanzarse mañana (29 de marzo) a las 13:37 ET (17:37 GMT) en una misión clasificada para la Oficina Nacional de Reconocimiento (NRO) de los Estados Unidos, y Puedes verlo en vivo aquí.

El lanzamiento pondrá fin a 64 años de la flota de cohetes Delta, diseñados para transportar grandes cargas útiles al espacio. El cohete pesado Delta IV, que es el decimosexto de su tipo lanzado desde 2004, transportará carga secreta durante su despegue final desde el Complejo de Lanzamiento Espacial-37 en la estación espacial de Cabo Cañaveral en Florida.

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Nueva imagen del agujero negro de la Vía Láctea muestra un campo magnético en espiral: NPR

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Nueva imagen del agujero negro de la Vía Láctea muestra un campo magnético en espiral: NPR

Por primera vez observamos el agujero negro de Sagitario A* en luz polarizada. La colaboración del Event Horizon Telescope dice que la imagen ofrece una nueva mirada al «campo magnético alrededor de la sombra del agujero negro» en el centro de la Vía Láctea.

Colaboración EHT


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Por primera vez observamos el agujero negro de Sagitario A* en luz polarizada. La colaboración del Event Horizon Telescope dice que la imagen ofrece una nueva mirada al «campo magnético alrededor de la sombra del agujero negro» en el centro de la Vía Láctea.

Colaboración EHT

El agujero negro en el centro de nuestra galaxia ha sido comparado con un donut, y resulta que ese donut tiene remolinos. Los científicos compartieron una nueva imagen fascinante el miércoles, que muestra a Sagitario A* con un detalle sin precedentes. La imagen de luz polarizada muestra la estructura del campo magnético del agujero negro en forma de una llamativa espiral.

«Lo que estamos viendo ahora es que hay campos magnéticos fuertes, retorcidos y organizados cerca del agujero negro en el centro de la Vía Láctea», dijo Sara Issaoun, codirectora del proyecto y becaria Einstein en el programa de la Vía Láctea. Becas Hubble de la NASA. Centro Harvard y Smithsonian de Astrofísica, dijo en un declaración sobre la imagen.

La imagen captura lo que la colaboración del Event Horizon Telescope llama una «nueva vista del monstruo que acecha en el corazón de la Vía Láctea».

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La analogía del donut también se aplica a la distancia: debido a la distancia entre la Vía Láctea y la Tierra, mirarla desde nuestro planeta es como ver un donut en la superficie de la Luna.

Sagitario A*, también llamado a menudo Sgr A*, está aproximadamente a 27.000 años luz de la Tierra. La primera imagen del agujero negro supermasivo se publicó hace dos años y muestra gas brillante alrededor de un centro oscuro, y carece de los detalles de la nueva imagen.

El agujero negro supermasivo Sagitario A* es visible a la izquierda, en luz polarizada. La imagen central insertada muestra la emisión polarizada del centro de la Vía Láctea, capturada por SOFIA. La imagen de fondo muestra el mapeo de la emisión de polvo polarizado a través de la Vía Láctea realizado por la Colaboración Planck.

S. Issaoun, Colaboración EHT


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S. Issaoun, Colaboración EHT

El agujero negro supermasivo Sagitario A* es visible a la izquierda, en luz polarizada. La imagen central insertada muestra la emisión polarizada del centro de la Vía Láctea, capturada por SOFIA. La imagen de fondo muestra el mapeo de la emisión de polvo polarizado a través de la Vía Láctea realizado por la Colaboración Planck.

S. Issaoun, Colaboración EHT

Se sabe que los agujeros negros son «efectivamente invisibles», como se muestra La NASA dice. Pero afectan significativamente el espacio que los rodea, más obviamente al crear un disco de acreción: un remolino de gas y material que orbita una región central oscura.

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La primera imagen de un agujero negro se publicó en 2019, cuando el proyecto Event Horizon Telescope compartió una imagen del agujero negro en el centro de la galaxia Messier 87 (M87), a unos 55 millones de años luz de la Tierra en el cúmulo de galaxias Virgo. . Aunque está más lejos, el agujero negro conocido como M87* es mucho más grande que Sagitario A*.

Cuando los investigadores compararon recientemente vistas de los dos agujeros negros en luz polarizada, quedaron sorprendidos por sus características comunes, siendo las más espectaculares estos remolinos.

«Además del hecho de que Sgr A* tiene una estructura de polarización sorprendentemente similar a la observada en el agujero negro M87*, mucho más grande y poderoso», dijo Issaoun, «hemos aprendido que los campos magnéticos fuertes y ordenados son esenciales para cómo funcionan los agujeros negros». Los agujeros interactúan con el gas y la materia que los rodea”.

Las imágenes lado a lado de M87* y Sagitario A* revelan que los agujeros negros supermasivos tienen estructuras de campo magnético similares, lo que sugiere que los procesos físicos que gobiernan los agujeros negros supermasivos pueden ser universales.

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Desde un punto de vista práctico, los agujeros negros presentan una diferencia sorprendente: mientras que M87* tiene la habilidad de permanecer estable, nuestro Sgr A* «cambia tan rápidamente que no se queda quieto para tomar fotografías», dijeron los investigadores en su comunicado de prensa. .

En el momento en que se capturaron las observaciones de Sgr A*, la colaboración del EHT estaba utilizando ocho telescopios en todo el mundo, uniéndolos para crear un instrumento del tamaño de un planeta, aunque virtual. Los resultados de su trabajo fueron publicados el miércoles en Cartas de la revista astrofísica..

Se espera que la colaboración observe a Sgr A* nuevamente en abril.

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¿Cuándo ocurre el eclipse solar en Michigan? Encuentra tu código postal

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¿Cuándo ocurre el eclipse solar en Michigan?  Encuentra tu código postal

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