Astronomi su vjerovali da su sve supernovee tipa 1a u osnovi iste svjetline. To je problem jer se ove vrste supernova koriste kao standardne svijeće za određivanje udaljenosti u svemiru. U novije vrijeme, ove supernove korištene su za izračunavanje tajanstvene sile koja se naziva tamna energija za koju se čini da ubrzava širenje Svemira.
Skupina znanstvenika povezana sa istraživanjem nasljeđa SuperNova (SNLS) otkrila je iznenađujuće dokaze da postoji više vrsta supernove tipa Ia, klase eksplodirajućih zvijezda za koje se do sada u svim važnim aspektima smatralo da su ujednačene. Supernova SNLS-03D3bb je više nego dvostruko sjajnija od većine supernova tipa Ia, ali ima mnogo manje kinetičke energije, a čini se da je opet upola tako masivna kao tipični tip Ia.
Vodeći autori izvještaja, koji se pojavljuje u časopisu Nature za 21. rujan, uključuju Andrew Howella, ranije odsjeka za fiziku u Nacionalnom laboratoriju Lawrencea Berkeleyja, a sada na Sveučilištu u Torontu, i Peter Nugent, astrofizičara iz računskog istraživanja Berkeley Lab-a Podjela. Ostali vodeći autori su Mark Sullivan sa Sveučilišta u Torontu i Richard Ellis sa Kalifornijskog tehnološkog instituta. Ovi i mnogi drugi autori Nature članka članovi su projekta Kozmologija Supernova sa sjedištem u Berkeley laboratoriju.
Budući da gotovo sve dosad pronađene supernove tipa Ia nisu samo nevjerojatno svijetle već su izrazito ujednačene po svojoj svjetlini, one se smatraju najboljim astronomskim "standardnim svijećama" za mjerenje na kosmološkim udaljenostima. Nakon promatranja mnogih dalekih supernova tipa Ia, Projekt kozmologije Supernove i suparnički High-Z-ov pretraživački tim Supernove objavili su svoje otkriće da se širenje svemira ubrzava - nalaz koji će se uskoro pripisati nepoznatom, nečemu što se zove tamno energije koja ispunjava svemir i protivi se uzajamnom gravitacijskom privlačenju materije.
"Smatra se da su supernove tipa Ia pouzdani pokazatelji udaljenosti jer imaju standardnu količinu goriva - ugljik i kisik u bijeloj patuljastoj zvijezdi - i imaju jednolik okidač", kaže Nugent. "Predviđa se da će eksplodirati kada masa bijelog patuljka dođe blizu mase Chandrasekhar, što je oko 1,4 puta veće od mase našeg sunca. Činjenica da je SNLS-03D3bb mnogo više od te mase otvara Pandorinu kutiju. "
Zašto je većina Ia supernova ista
Razvrstavanje vrsta supernova temelji se na njihovim spektrima. Spektar tipa Ia nema vodikovih linija, ali ima apsorbirajuće linije silicija, što je trag kemiji njihovih eksplozija. Smatra se da će bijeli patuljasti potomci supernova tipa Ia, obično oko dvije trećine sunčeve mase, prikupljati dodatnu masu iz binarnog pratilaca dok se ne približe granici Chandrasekhar. Povećavajući tlak uzrokuje spajanje ugljika i kisika u središtu zvijezde, stvarajući elemente do nikla na periodičnoj tablici; energija oslobođena u ovom procesu zrači zvijezdu na dijelove u titanskoj termonuklearnoj eksploziji.
Uočene su neke varijacije u supernovama tipa Ia, ali su one uglavnom pomirljive. Svjetliji tip Ia treba dulje da poraste do maksimalne svjetline i duže pada. Kada se vremenske ljestvice pojedinih svjetlosnih krivulja istežu kako bi odgovarale normi, a svjetlina se skalira prema rastezanju, svjetlosne krivulje tipa Ia odgovaraju.
Razlike svjetline mogu se pojaviti zbog različitih omjera ugljika i kisika u potomcima, što rezultira različitim količinama nikla u eksploziji. Radioaktivno raspadanje nikla u kobalt, a zatim željezo pokreće optičke i blizu infracrvene svjetlosne krivulje supernove tipa Ia. Razlike u prividnoj svjetlini mogu također biti proizvodi asimetrije; eksplozija promatrana iz jednog kuta može biti malo zamračena nego iz drugog.
Nijedna od ovih mogućih razlika nije dovoljna za objašnjenje ekstremne svjetline supernove SNLS-03D3bb - što je previše suviše svijetlo za „rastezanje“ svjetlosne krivulje. Štoviše, u većini svjetlijih supernova, materija izbačena eksplozijom kreće se većom brzinom; to jest, ove eksplozije imaju više kinetičke energije. Ali izbacivanje SNLS-03D3bb bilo je neobično sporo.
"Andy Howell sastavio je dva i dva i shvatio da SNLS-03D3bb mora imati super-Chandrasekhar masu", kaže Nugent.
Misa dokaza
Jedan trag bili su elementi potrebni za postizanje dodatne svjetline. "Sva snaga u tipu Ia dolazi od sagorijevanja ugljika i kisika do težih elemenata, osobito nikla 56", kaže Nugent. „Tip Ia normalne svjetline čini oko 60 posto solarne mase vrijedne nikla 56, a ostali su drugi elementi. Ali SNLS-03D3bb je više nego dvostruko svjetliji od normalne; mora imati više nego dvostruko više nikla 56. Jedini način da to dobijemo je s potomstvom koji je 50 posto masivniji od mase Chandrasekhar. "
Drugi faktor je sporost izbacivanja SNLS-03D3bb koja je otkrivena u pomicanju elementarnih linija u svom spektru. Brzina izbacivanja supernove ovisi o kinetičkoj energiji koja se oslobađa u eksploziji, a to je razlika između energije koja se oslobađa u termonuklearnom izgaranju umanjene za vezujuću energiju koja djeluje tako da drži zvijezdu zajedno, funkciju mase zvijezde. Što je zvijezda masivnija, to je izbacivanje sporije.
Ali kako bi potomnik ugljik-kisik mogao ikada skupiti masu veću od Chandrasekharjeve granice bez eksplozije? Moguće je da bi se vrlo brzo vrtjela zvijezda mogla biti masovnija. Također je moguće da se dva bijela patuljaka, s kombiniranom masom koja je iznad granice Chandrasekhar, mogu sudarati i eksplodirati.
Nugent kaže, "Jedan trag došao je od našeg suautora Marka Sullivana, koji je u SNLS podacima već pronašao dvije različite stope za proizvodnju supernove tipa Ia. Oni se mogu grubo razbiti na one koje potječu iz mladih galaksija koje stvaraju zvijezde i one iz starih, mrtvih galaksija. Dakle, postoje pokazatelji da mogu postojati dvije populacije tipa I, s dvije vrste potomaka i dvije različite staze do eksplozije. "
U starim, mrtvim galaksijama čak su i najveće zvijezde male, objašnjava Nugent. Jedine vrste supernova tipa Ia, koje su moguće u ovim galaksijama, vjerojatno su binarni sustav, prikupljanja mase, tip Chandrasekhar-mase. No, mlade galaksije koje stvaraju zvijezde proizvode ogromne objekte i mogle bi biti bogate binarnim sustavom bijelog patuljka plus bijelim patuljcima, takozvanim sustavima „dvostrukog izrođivanja“.
"Ako je dvostruko degenerirani model u pravu, takvi će sustavi uvijek stvarati super-Chandrasekhar eksplozije u tim vrlo mladim galaksijama", kaže Nugent.
Mlade galaksije imaju veću vjerojatnost da će se naći u ranom svemiru, a time i na većoj udaljenosti. Budući da su udaljene supernove tipa Ia ključne za nastojanje mjerenja evolucije tamne energije, postaje važno jasno identificirati supernove vrste Ia koje ne odgovaraju modelu mase Chandrasekhar. To je lako učiniti s tipom Ia neobično kao SNLS-03D3bb, ali nisu sve super-Chandrasekhar supernove možda tako očite.
„Jedan način otkrivanja super-Chandrasekhar supernova je mjerenje brzine izbacivanja i uspoređivanje sa svjetlinom. Drugi način je uzimanje više spektra kako se krivulja svjetlosti razvija. Nažalost, uzimanje spektra najveći je trošak u čitavoj potrazi za proučavanjem tamne energije ", kaže Nugent. "Dizajneri ovih eksperimenata morat će pronaći učinkovite načine uklanjanja super-Chandrasekhar supernova iz svojih uzoraka."
Modeliranje varijacija
Djelomično se nadao da će razviti brz i pouzdan način identificiranja kandidatskih supernova tipa Ia za kozmološka istraživanja koji su Nugent i koautor Richard Ellis u početku prišli Sullivanu i drugim članovima SNLS-a, s velikom bazom podataka supernova. Radeći u Nacionalnom znanstvenom računskom centru za istraživanje energije (NERSC) sa sjedištem u Berkeley laboratoriju, Nugent je razvio algoritam koji je mogao rano u evoluciji kandidatske supernove uzeti pregršt fotometrijskih podatkovnih točaka, pozitivno ga identificirati kao tip Ia i točno predvidjeti njegovo vrijeme maksimalne svjetline.
Jedna od prvih vrsta tipa Ia koja je proučena na ovaj način pokazala se kao SNLS-03D3bb. "Imao je tako visok omjer signal-šum s obzirom na crveni pomak, da smo od početka trebali sumnjati da će postati neobična supernova", kaže Nugent.
Nugent smatra otkrivanje prve demonstrirane super-Chandrasekhar supernove uzbudljivom perspektivom: „Prvi put nakon 1993. godine“ - kada je razvijen odnos svjetline i svjetlosne krivulje - „sada imamo snažan smjer tražiti sljedeće parametar koji opisuje svjetlinu supernove tipa Ia. Ova pretraga može nas dovesti do mnogo boljeg razumijevanja njihovih porijekla i sistematičnosti njihove upotrebe kao kosmološke sonde. "
To je razumijevanje jedan od glavnih ciljeva Konzorcija za računalnu astrofiziku, kojim je predvodio Stan Woosley sa Kalifornijskog sveučilišta u Santa Cruzu, a podržao ga Ured za znanost Ministarstva energetike kroz program Znanstveno otkriće kroz napredne računarstvo (SciDAC), s Nugentom i John Bell iz Sektora za računarstvo i NERSC među vodećim partnerima.
„Chandraseharrov model zvjezdanog kolapsa iz 1931. godine bio je elegantan i moćan; osvojila mu je Nobelovu nagradu ", kaže Nugent. "Ali to je bio jednostavan jednodimenzionalni model. Samo dodavanjem rotacije može se premašiti Chandrasekhar masa, kao što je i sam prepoznao. "
Nugent kaže da je s dvodimenzionalnim i trećim modelima supernova sada moguće koristiti superračunala, proučavati širi spektar mogućnosti prirode. „To je cilj našeg SciDAC projekta, nabaviti najbolje modele i najbolje podatke o promatranju i kombinirati ih da guraju cijelu kuglu voska. Na kraju ovog projekta imat ćemo najviše što možemo znati o svim vrstama supernova tipa Ia. "
"Supernova tipa Ia iz zvijezde Super-Chandrasekhar Mass White Patuljka", D. Andrew Howell, Mark Sullivan, Peter E. Nugent, Richard S. Ellis, Alexander J. Conley, Damien Le Borgne, Raymond G. Carlberg, Julien Guy, David Balam, Stephane Basa, Dominique Fouchez, Isobel M. Hook, Eric Y. Hsiao, James D. Neill, Reynald Pain, Kathryn M. Perret i Christopher J. Pritchett pojavljuju se u izdanju Nature i 21. rujna dostupan je pretplatnicima na mreži.
Berkeley Lab američki je nacionalni laboratorij koji 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: LBL News Release
