Kreditna slika: LBL
Mjereći polariziranu svjetlost neobične eksplodirajuće zvijezde, međunarodni tim astrofizičara i astronoma izradio je prvu detaljnu sliku supernove tipa Ia i karakterističnog zvjezdanog sustava u kojem je eksplodirala.
Koristeći se vrlo velikim teleskopom Europskog opservatorija za jug u Čileu, istraživači su utvrdili da je supernova 2002ic eksplodirala unutar ravnog, gustog, nezgrapnog diska prašine i plina, prethodno ispuhanog od zvijezda pratioca. Njihov rad sugerira da ovaj i neki drugi prekursori supernove vrste Ia nalikuju objektima poznatim kao protoplanetarne maglice, dobro poznatim u našoj vlastitoj galaksiji Mliječni put.
Lifan Wang iz Nacionalnog laboratorija Lawrencea Berkeleyja, Dietrich Baade iz Europskog opservatorija za jug (ESO), Peter H? Flich i J. Craig Wheeler sa Sveučilišta u Teksasu u Austinu, Koji Kawabata iz Japanskog nacionalnog astronomskog opservatorija i Ken'ichi Sveučilište u Tokiju Nomoto izvijestilo je o svojim otkrićima u broju časopisa Astrophysical Journal Letters za 20. mart 2004. godine.
Lijevanje supernova prema tipu
Supernove se označavaju prema elementima vidljivim u njihovim spektrima: spektrima tipa I nedostaju vodikove linije, dok spektri tipa II imaju te linije. Ono zbog čega je SN 2002ic neobičan jest taj što njegov spektar nalikuje tipičnoj supernovi tipa Ia, ali pokazuje snažnu liniju emisije vodika.
Tip II i neke druge supernove nastaju kada se jezgre vrlo masivnih zvijezda sruše i eksplodiraju, ostavljajući iza sebe izuzetno guste neutronske zvijezde ili čak crne rupe. Supernove tipa Ia, međutim, eksplodiraju vrlo različitim mehanizmom.
"Supernova tipa Ia je metalna vatrena kugla", objašnjava Wang Berkeley Lab-a, pionira na području spektropolarimetrije supernove. "Tip Ia nema vodika ili helija, ali ima puno željeza, plus radioaktivni nikl, kobalt i titan, malo silicija i malo ugljika i kisika. Dakle, jedan od njegovih roditelja mora biti stara zvijezda koja se razvila da bi iza sebe ostavila bijeli patuljak s ugljikom i kisikom. Ali ugljik i kisik, kao nuklearna goriva, ne sagorijevaju se lako. Kako bijeli patuljak može eksplodirati? "
Najprihvaćeniji modeli tipa Ia pretpostavljaju da bijeli patuljak - otprilike veličine Zemlje, ali spakira većinu sunčeve mase - skuplja materiju iz suputnika u orbiti dok ne dosegne 1,4 solarne mase, poznate kao Chandrasekharjeva granica. Sada prenapučeni bijeli patuljak zapali se u snažnoj termonuklearnoj eksploziji, ne ostavljajući iza sebe ništa osim zvjezdanog prašine.
Ostale sheme uključuju spajanje dvaju bijelih patuljaka ili čak usamljenog bijelog patuljka koji ponovno ugrađuje materiju koju je bacio mlađi ja. Unatoč tri desetljeća pretraživanja, sve do otkrića i naknadnih spektropolarimetrijskih studija SN-a 2002, nije bilo čvrstih dokaza za bilo koji model.
U studenom 2002., Michael Wood-Vasey i njegovi kolege iz obližnje tvornice supernova Ministarstva sa sjedištem u Berkeley laboratoriju izvijestili su o otkriću SN 2002ic, ubrzo nakon što je otkrivena eksplozija gotovo milijardu svjetlosnih godina u anonimnoj galaksiji u zviježđe Ribe.
U kolovozu 2003., Mario Hamuy iz Carnegie opservatorija i njegovi kolege izvijestili su da je izvor bogatog plina bogatog vodikom u SN 2002ic najvjerojatnije takozvana zvijezda asimptotske divovske grane (AGB), zvijezda u završnim fazama njegov život, s tri do osam puta veće mase sunca - upravo ona vrsta zvijezde koja, nakon što je ispuhala svoje vanjske slojeve vodika, helija i prašine, iza sebe ostavlja bijeli patuljak.
Štoviše, ova naizgled samo-kontradiktorna supernova - tip Ia s vodikom - zapravo je bila slična ostalim supernovama bogatim vodikom prethodno označenim tipom IIn. To zauzvrat sugerira da, iako su supernove vrste Ia doista nevjerojatno slične, mogu postojati velike razlike među njihovim potomcima.
Budući da su supernove tipa Ia toliko slične i tako sjajne - svijetle ili svjetlije od čitavih galaksija - postale su najvažnije astronomske standardne svijeće za mjerenje kozmičkih udaljenosti i širenje svemira. Početkom 1998. godine, nakon analize desetaka promatranja udaljenih supernova tipa Ia, članovi Odjela za kozmologiju Supernova Cosmology projekta sa sjedištem u Berkeley laboratoriju, zajedno sa svojim suparnicima u High-Z pretraživačkom Supernova timu sa sjedištem u Australiji, objavili su iznenađujuće otkriće da širenje svemira se ubrzava.
Kozmolozi su nakon toga utvrdili da se preko dvije trećine svemira sastoji od misterioznog nečega nazvanog "tamna energija", koji rasteže prostor i pokreće ubrzano širenje. No, učenje više o tamnoj energiji ovisit će o pažljivom proučavanju mnogih udaljenijih supernova tipa Ia, uključujući bolje znanje o tome koji ih zvijezdani sustavi pokreću.
Slikovita struktura sa spektropolarimetrijom
Spektropolarimetrija SN 2002ic dala je dosad najcrnjiviju sliku tipa Ia. Polarimetrija mjeri orijentaciju svjetlosnih valova; na primjer, Polaroid sunčane naočale "mjere" vodoravnu polarizaciju kada blokiraju dio svjetla koje se odbija od ravnih površina. U objektu poput oblaka prašine ili zvjezdane eksplozije, međutim, svjetlost se ne odbija s površina, već se raspršuje od čestica ili elektrona.
Ako je oblak prašine ili eksplozija sferična i jednoliko glatka, sve su orijentacije jednako zastupljene, a neto polarizacija je nula. Ali, ako objekt nije sferno oblikovan poput diska ili cigare, na primjer - više svjetla će oscilirati u nekim smjerovima nego u drugim.
Čak i za prilično uočljive asimetrije, neto polarizacija rijetko prelazi jedan posto. Stoga je instrumentu ESO spektropolarimetrije bio izazov izmjeriti slabu SN 2002ic, čak i koristeći moćni vrlo veliki teleskop. Bilo je potrebno nekoliko sati promatranja u četiri različite noći da bi se dobili potrebni visokokvalitetni podaci o polarimetriji i spektroskopiji.
Promatranja tima uslijedila su gotovo godinu dana nakon što je prvi put otkriven SN 2002ic. Supernova je postala puno blijeđa, a ipak je njezina istaknuta linija za emisiju vodika bila šest puta svjetlija. Spektroskopijom astronomi su potvrdili opažanje Hamuya i njegovih suradnika da je izbacivanje velike eksplozije van eksplozije velikom brzinom naletjelo na okolnu gustu materiju bogatu vodikom.
Međutim, samo su nove polarimetrijske studije mogle otkriti da je većina ove materije oblikovana kao tanki disk. Polarizacija je vjerojatno nastala uslijed interakcije brzih izbacivanja iz eksplozije s česticama prašine i elektronima u okolini s sporijim kretanjem. Zbog načina na koji je vodikova linija svijetlila dugo nakon što je supernova primijećena, astronomi su zaključili da disk uključuje guste nakupine i da je bio na svom mjestu prije nego što je bijeli patuljak eksplodirao.
"Ovi zapanjujući rezultati sugeriraju da je potomak SN 2002ic izvanredno sličan objektima koji su astronomi poznati u našem Mliječnom putu, naime protoplanetarne maglice", kaže Wang. Mnoge su te maglice ostaci ispušenih vanjskih školjki zvijezda asimptotske gigantske grane. Takve se zvijezde, ako se brzo okreću, bacaju na tanke, nepravilne diskove.
Stvar vremena
Da bi bijeli patuljak prikupio dovoljno materijala da dosegne granicu Chandrasekhar-a treba milijun ili više godina. Suprotno tome, zvijezda AGB relativno brzo gubi velike količine materije; faza protoplanetarne maglice je prolazna, a traje samo nekoliko stotina ili tisuća godina prije nego što se ispuštena materija rasprši. "To je mali prozor", kaže Wang, nema dovoljno vremena da se preostala jezgra (sama bijeli patuljak) ponovno prikupi dovoljno materijala da eksplodira.
Stoga je vjerovatnije da je bijeli patuljak pratilac u sustavu SN 2002ic već užurbano skupljao materiju mnogo prije stvaranja maglice. Budući da protoplanetarna faza traje samo nekoliko stotina godina, a ako pretpostavimo da je supernovi tipa Ia obično potreban milion godina za razvoj, očekuje se da oko otprilike tisuću svih supernova tipa Ia nalikuje SN 2002ic. Još će manje njih pokazati svoje specifične spektralne i polarimetrijske značajke, mada „bilo bi izuzetno zanimljivo tražiti druge supernove iz tipa Ia s obodnom tvari“, kaže Wang.
Ipak, kaže Dietrich Baade, glavni istraživač projekta polarimetrije koji je koristio VLT, "pretpostavlja se da su sve supernove iz tipa Ia u osnovi iste koje dopuštaju objašnjenje opažanja SN 2002."
Binarni sustavi s različitim orbitalnim karakteristikama i različitim vrstama suputnika u različitim fazama evolucije zvijezda i dalje mogu stvoriti slične eksplozije, kroz model akrekcije. Baade primjećuje, "Naizgled osebujan slučaj SN-a 2002 2002 daje snažne dokaze da su ti objekti u stvari vrlo slični, kao što sugerira zapanjujuća sličnost njihovih svjetlosnih krivulja."
Pokazavši raspodjelu plina i prašine, spektropolarimetrija je pokazala zašto su supernove vrste Ia toliko slične iako se mase, dob, evolucijska stanja i orbite njihovih sustava prethodnika mogu toliko razlikovati.
Berkeley laboratorij je američka nacionalna laboratorija koja se nalazi u Berkeleyu u Kaliforniji. Provodi nerazvrstana znanstvena istraživanja, a upravlja Sveučilište u Kaliforniji. Posjetite našu web stranicu na http://www.lbl.gov.
Izvorni izvor: Berkeley Lab News Release
