Kreditna slika: ESO
Novi podaci prikupljeni vrlo velikim teleskopom Europskog opservatorija za jug (VLT) ukazuju na to da supernove možda neće biti simetrične kada eksplodiraju - njihova svjetlina se mijenja ovisno o tome kako gledate u njih. Ako su svjetlije ili tamnije, ovisno o tome kako ih gledate, mogu uzrokovati pogreške u proračunu udaljenosti. No, nova istraživanja pokazuju da oni postaju simetričniji s vremenom, tako da astronomi trebaju samo malo pričekati prije nego što urade svoje proračune.
Međunarodni tim astronoma [2] izvršio je nova i vrlo detaljna promatranja supernove u dalekoj galaksiji s ESO Very Large Telescope (VLT) u Opservatoriju Paranal (Čile). Prvi put pokazuju da je određena vrsta supernove, uzrokovana eksplozijom „bijelog patuljka“, guste zvijezde s masom oko Sunca, asimetrična tijekom početnih faza širenja.
Značaj ovog promatranja mnogo je veći nego što se može činiti na prvi pogled. Ova posebna vrsta supernove, označena kao "Tip Ia", igra vrlo važnu ulogu u trenutnim pokušajima mapiranja Svemira. Dugo se pretpostavljalo da supernove tipa Ia imaju istu unutarnju svjetlinu, dobivši im nadimak kao "standardne svijeće".
Ako je to slučaj, razlike u uočenoj svjetlini između pojedinih supernova ove vrste jednostavno odražavaju njihove različite udaljenosti. To i činjenica da je najveća svjetlina ovih supernova suparnički svjetlu njihove matične galaksije, omogućili su mjerenje udaljenosti čak i vrlo udaljenih galaksija. Neke očite odstupanja koja su nedavno pronađena dovela su do otkrića kozmičkog ubrzanja.
Međutim, ovo prvo jasno promatranje asimetrije eksplozije u supernovi tipa Ia znači da će točna svjetlina takvog objekta ovisiti o kutu iz kojeg se vidi. Kako je ovaj kut nepoznat za bilo koju određenu supernovu, to očito unosi određenu količinu nesigurnosti u ovakve vrste osnovnih mjerenja udaljenosti u Svemiru koje se moraju uzeti u obzir u budućnosti.
Srećom, podaci VLT-a također pokazuju da ako malo pričekate - što u promatranim uvjetima omogućuje dublji pogled na šireću vatrenu kuglu - tada ona postaje sferičnija. Određivanje udaljenosti supernova koje se izvode u ovoj kasnijoj fazi stoga će biti točnije.
Eksplozije supernove i kozmičke udaljenosti
Tijekom događaja supernove tipa Ia, ostaci zvijezda s početnom masom do nekoliko puta većim od Sunca (takozvane "bijele patuljaste zvijezde") eksplodiraju, ne ostavljajući ništa iza sebe, ali brzo se širi oblak "zvjezdanih prašina".
Supernove tipa Ia naizgled su vrlo slične jedna drugoj. To im pruža vrlo korisnu ulogu kao "standardne svijeće" koje se mogu koristiti za mjerenje kozmičkih udaljenosti. Njihova vršna svjetlina suparnik je matičnoj galaksiji, pa ih stoga kvalificiraju kao glavne kozmičke crte.
Astronomi su iskoristili ovu sretnu okolnost da prouče povijest širenja našeg Svemira. Nedavno su došli do temeljnog zaključka da se Svemir širi ubrzavanjem, usp. ESO PR 21/98, prosinac 1998. (vidi također internetsku stranicu Probe za ubrzavanje Supernove).
Eksplozija bijele patuljaste zvijezde
U najprihvaćenijim modelima supernova tipa Ia, bijela patuljasta zvijezda prije eksplozije orbitala je suputnica poput sunčeve zvijezde, izvršavajući revoluciju svakih nekoliko sati. Zbog bliske interakcije, suputnička zvijezda neprestano gubi masu, čiji je dio bijeli patuljak (u astronomskoj terminologiji: „akcestiran“) pokupio.
Bijeli patuljak predstavlja pretposljednju fazu zvijezde solarnog tipa. Nuklearni reaktor u svojoj jezgri davno je ponestao goriva i sada je neaktivan. Međutim, u nekom trenutku montažna težina akumulirajućeg materijala toliko će povećati pritisak unutar bijelog patuljka da se nuklearni pepeo tamo zapalio i počeo sagorijevati u još težim elementima. Ovaj postupak vrlo brzo postaje nekontroliran i cijela se zvijezda razbije u komadima u dramatičnom događaju. Vidje se izuzetno vruća vatrena kugla koja često nadmašuje galaksiju domaćina.
Oblik eksplozije
Iako sve supernove tipa Ia imaju prilično slična svojstva, nikada do sada nije bilo jasno kako će se takav događaj pojaviti promatračima koji ga gledaju iz različitih smjerova. Sva jaja izgledaju slično i ne razlikuju se jedna od drugog ako se gledaju iz istog kuta, ali pogled sa strane (ovalni) očito se razlikuje od pogleda na kraj (okrugli).
I doista, ako bi eksplozije supernove tipa Ia bile asimetrične, svijetlile bi s različitom svjetlošću u različitim smjerovima. Stoga se opažanja različitih supernova - viđena pod različitim kutima - ne mogu izravno usporediti.
Ne znajući za ove kutove, astronomi bi tada zaključili pogrešne udaljenosti, a preciznost ove temeljne metode za određivanje strukture Svemira bila bi dovedena u pitanje.
Polarimetrija u pomoć
Jednostavan izračun pokazuje da će se čak i oraoima očiju VLT interferometra (VLTI) sve supernove na kozmološkim udaljenostima pojaviti kao nerazriješene svjetlosne točke; jednostavno su predaleko. Ali postoji drugi način da se utvrdi kut pod kojim se promatra određena supernova: polarimetrija je naziv trika!
Polarimetrija funkcionira na sljedeći način: svjetlost se sastoji od elektromagnetskih valova (ili fotona) koji osciliraju u određenim smjerovima (ravnine). Odbijanje ili raspršivanje svjetlosti pogoduje određenim usmjerenjima električnog i magnetskog polja nad drugima. Zbog toga polarizirajuće sunčane naočale mogu filtrirati odsjaj sunčeve svjetlosti koji se odbija od ribnjaka.
Kad se svjetlost rasprši po raširenim ostacima supernove, ona zadržava podatke o orijentaciji rasipajućih slojeva. Ako je supernova sferno simetrična, sve će se orijentacije pojaviti podjednako i prosječno će se pojaviti, tako da neće biti neto polarizacije. Ako, međutim, plinska školjka nije okrugla, na svjetlu će se utisnuti lagana neto polarizacija.
"Čak i za prilično uočljive asimetrije, polarizacija je vrlo mala i jedva prelazi razinu od jednog posto", kaže Dietrich Baade, astronom ESO-a i član tima koji je obavio promatranja. „Za njihovo mjerenje potreban je instrument koji je vrlo osjetljiv i vrlo stabilan. ”
Mjerenje razlika u slabim i dalekim izvorima svjetlosti na razini manjoj od jedan posto je značajan promatrački izazov. "Međutim, ESO vrlo veliki teleskop (VLT) nudi preciznost, snagu prikupljanja svjetlosti, kao i specijaliziranu napravu potrebnu za tako zahtjevno polarimetrijsko promatranje", objašnjava Dietrich Baade. "Ali ovaj projekt ne bi bio moguć bez da se VLT radi u servisnom načinu rada. Zaista je nemoguće predvidjeti kada će supernova eksplodirati i trebamo biti spremni cijelo vrijeme. Samo način rada omogućuje promatranje u kratkom roku. Prije nekoliko godina, direkcija ESO-a dala je dalekovidnu i hrabru odluku da toliko usmjeri uslužni način rada. A tim je kompetentnim i predanim astronomima ESO-a na Paranalu ovaj koncept donio praktični uspjeh “, dodaje.
Astronomi [1] koristili su VLT multi-mode FORS1 instrument za promatranje SN 2001el, supernove tipa Ia koja je otkrivena u rujnu 2001. u galaksiji NGC 1448, usp. PR fotografija 24a / 03 na udaljenosti od 60 milijuna svjetlosnih godina.
Promatranja dobivena otprilike tjedan dana prije nego što je ova supernova dostigla maksimalnu svjetlinu oko 2. listopada, otkrila je polarizaciju na razinama od 0,2-0,3% (PR Photo 24b / 03). Gotovo maksimalno svjetlo i do dva tjedna nakon toga, polarizacija je i dalje bila mjerljiva. Šest tjedana nakon maksimuma, polarizacija je pala ispod otkrivenosti.
Ovo je prvi put da je pronađena normalna supernova tipa Ia koja pokazuje takve jasne dokaze o asimetriji.
Gledanje dublje u supernovu
Odmah nakon eksplozije supernove, većina protjeranih tvari kreće se brzinom od oko 10 000 km / sec. Tijekom ovog širenja, najudaljeniji slojevi postaju progresivno transparentniji. S vremenom se čovjek može dublje i dublje zagledati u supernovu.
Polarizacija izmjerena u SN 2001el pruža stoga dokaz da su najudaljeniji dijelovi supernove (koji se prvi put vide) značajno asimetrični. Kasnije, kad opažanja VLT-a „prodiru“ dublje prema srcu supernove, geometrija eksplozije postaje sve simetričnija.
Ako se modelira u obliku spljoštenog kuglastog oblika, izmjerena polarizacija u SN 2001el podrazumijeva omjer između manje i glavne osi oko 0,9 prije nego što se postigne maksimalna svjetlina i sferno simetrična geometrija otprilike tjedan dana nakon ovog maksimuma i nadalje.
Kozmološke implikacije
Jedan od ključnih parametara na kojem se temelje procjene udaljenosti tipa Ia je optička svjetlina maksimalno. Izmjerena asfericnost u ovom bi trenutku unijela apsolutnu nesigurnost svjetline (disperziju) od oko 10% ako se ne napravi korekcija za kut gledanja (što nije poznato).
Iako su supernove tipa Ia daleko najbolje standardne svijeće za mjerenje kozmoloških udaljenosti, a samim tim i za istraživanje takozvane tamne energije, postoji mala mjerna nesigurnost.
"Asimetrija koju smo izmjerili u SN 2001el dovoljno je velika da objasni veliki dio ove unutarnje nesigurnosti", kaže Lifan Wang, vođa tima. "Ako su sve supernove tipa Type Ia takve, imale bi veliku količinu disperzije u mjerenjima svjetline. Možda su jednoliko ujednačeniji nego što smo mislili. "
Smanjenje disperzije u mjerenjima svjetline moglo se, naravno, postići i povećanjem broja supernova koje opažamo, ali s obzirom na to da su za ova mjerenja potrebni najveći i najskuplji teleskopi na svijetu, poput VLT-a, ovo nije najučinkovitija metoda.
Dakle, ako se umjesto toga koristi svjetlina izmjerena tjedan ili dva nakon maksimuma, sfernost bi se tada vratila i ne bi bilo sustavnih pogrešaka iz nepoznatog kuta gledanja. Pomoću ove male promjene promatračkog postupka, supernove tipa Ia mogle bi postati još pouzdanije kozmičke odrednice.
Teorijske implikacije
Sadašnje otkrivanje polariziranih spektralnih značajki snažno sugerira da će se, da bi se razumjela fizika koja je u osnovi, teorijsko modeliranje događaja supernovee tipa Ia morati obaviti u sve tri dimenzije s većom točnošću nego što je to trenutno učinjeno. U stvari, raspoloživi, visoko složeni hidrodinamički proračuni do sada nisu uspjeli reproducirati strukture izložene u SN 2001el.
Više informacija
Rezultati predstavljeni u ovom priopćenju opisani su u istraživačkom radu u "Astrofizičkom časopisu" ("Spektropolarimetrija SN 2001el u NGC 1448: Asferičnost normalne vrste Ia Supernova", Lifan Wang i koautori, Svezak 591, str. . 1110).
Bilješke
[1]: Ovo je koordinirani ESO / Lawrence Berkeley National Laboratory / Univ. Teksaškog priopćenja za javnost. Priopćenje za LBNL dostupno je ovdje.
[2]: Tim čine Lifan Wang, Dietrich Baade, Peter Hflich, Alexei Khokhlov, J. Craig Wheeler, Daniel Kasen, Peter E. Nugent, Saul Perlmutter, Claes Fransson i Peter Lundqvist.
Izvorni izvor: ESO News Release
