Astronomi so verjeli, da so bili vsi supernovi tipa 1a v bistvu enake svetlosti. To je težava, saj se tovrstne supernove uporabljajo kot standardne sveče za določanje razdalj po vesolju. V zadnjem času so bile te supernove uporabljene za izračun skrivnostne sile, imenovane temna energija, za katero se zdi, da pospešuje širitev Vesolja.
Skupina znanstvenikov, ki je bila povezana s preiskovanjem zapuščine SuperNova (SNLS), je našla presenetljive dokaze, da obstaja več vrst supernove tipa Ia, razreda eksplodirajočih zvezd, ki je bilo do zdaj v vseh pomembnih pogledih v bistvu enotno. Supernova SNLS-03D3bb je več kot dvakrat svetlejša od večine supernov tipa Ia, vendar ima veliko manj kinetične energije in je na videz spet pol tako masivna kot tipičen tip Ia.
Glavni avtorji poročila, ki se pojavlja v številki Nature, o septembru 21. septembra, vključujejo Andrewa Howella, nekoč iz oddelka za fiziko v Nacionalnem laboratoriju Lawrencea Berkeleyja, zdaj pa na univerzi v Torontu, in Peter Nugent, astrofizik iz računalniških raziskav Berkeley Lab Divizije. Drugi glavni avtorji so Mark Sullivan z univerze v Torontu in Richard Ellis s kalifornijskega tehnološkega inštituta. Ti in mnogi drugi avtorji prispevka Nature so člani kozmološkega projekta Supernova s sedežem v laboratoriju Berkeley.
Ker skoraj vse do sedaj najdene supernove tipa Ia niso le svetlo, ampak izjemno svetlobne, so tudi najboljše astronomske "standardne sveče" za merjenje na kozmoloških razdaljah. Leta 1998 so po opazovanju številnih oddaljenih supernov tipa Ia, kozmološki projekt Supernova in rivalska iskalna ekipa High-Z Supernova objavili svoje odkritje, da se širjenje vesolja pospešuje - ugotovitev, ki bi jo kmalu pripisali neznanemu nečemu, imenovanemu temno energije, ki napolni vesolje in nasprotuje medsebojni gravitacijski privlačnosti materije.
"Šteje se, da so supernove tipa Ia zanesljivi kazalniki razdalje, saj imajo običajno količino goriva - ogljik in kisik v beli pritlikavi zvezdi - in imajo enakomeren sprožilec," pravi Nugent. "Predvideva se, da bodo eksplodirali, ko se masa belega škrata približa mase Chandrasekhar, kar je približno 1,4-krat večja od mase našega sonca. Dejstvo, da je SNLS-03D3bb precej nad to množično vrsto, odpira Pandorino polje. "
Zakaj je večina supernov tipa Ia enakih
Razvrstitev vrst supernov temelji na njihovih spektrih. Spektri tipa Ia nimajo vodikovih vodov, imajo pa silikonske absorpcijske črte, kar je pojem kemije njihovih eksplozij. Menijo, da beli pritlikavni potomci supernov tipa Ia, običajno približno dve tretjini sončne mase, pridobivajo dodatno maso iz binarnega spremljevalca, dokler se ne približajo meji Chandrasekhar. Povečanje tlaka povzroči, da se ogljik in kisik v središču zvezde zlivata, kar ustvarja elemente do niklja na periodični tabeli; energija, sproščena v tem procesu, v titanski termonuklearni eksploziji razbije zvezdo na koščke.
Pri supernovah tipa Ia so bile opažene nekatere razlike, vendar so te večinoma usklajene. Svetlejša vrsta Ia traja dlje, da se doseže največja svetlost in dlje upade. Ko se časovne lestvice posameznih svetlobnih krivulj raztegnejo tako, da ustrezajo normi, in svetlost se spreminja glede na raztezanje, se svetlobne krivulje tipa Ia ujemajo.
Razlike v svetlosti so lahko posledica različnih razmerij ogljika in kisika v potomcih, kar ima za posledico različne končne količine niklja v eksploziji. Radioaktivno razpadanje niklja v kobalt in nato železo poganja optične in blizu infrardeče svetlobne krivulje supernov tipa Ia. Razlike v navidezni svetlosti so lahko tudi proizvodi asimetrije; eksplozija, gledano iz enega zornega kota, je lahko nekoliko zatemnjena kot z drugega.
Nobena od teh možnih razlik ni dovolj, da bi razložil izjemno svetlost supernove SNLS-03D3bb - kar je preveč svetlo za "raztezanje svetlobne krivulje". Še več, v večini svetlejših supernov zadeva, ki se izloči zaradi eksplozije, potuje z večjo hitrostjo; to pomeni, da imajo te eksplozije več kinetične energije. Toda izmet SNLS-03D3bb je bil nenavadno počasen.
"Andy Howell je sestavil dva in dva skupaj in ugotovil, da mora SNLS-03D3bb imeti super Chandrasekharjevo maso," pravi Nugent.
Maša dokazov
En namig so bili elementi, potrebni za ustvarjanje dodatne svetlosti. "Vsa moč v tipu Ia prihaja iz gorenja ogljika in kisika do težjih elementov, zlasti niklja 56," pravi Nugent. "Tip Ia normalne svetlosti naredi približno 60 odstotkov sončne mase, vredne niklja 56, ostali pa so drugi elementi. Toda SNLS-03D3bb je več kot dvakrat svetlejši kot običajno; vsebovati mora več kot dvakrat več niklja 56. Edini način, da to pridobimo, je s potomcem, ki je 50 odstotkov bolj masiven od mase Chandrasekharja. "
Drugi dejavnik je počasnost izliva SNLS-03D3bb, ki jo zaznamo pri premikanju elementarnih črt v svojem spektru. Hitrost izliva supernove je odvisna od kinetične energije, ki se sprosti pri eksploziji, kar je razlika med energijo, ki se sprosti pri termonuklearnem gorenju, minus vezavno energijo, ki zvezdo drži skupaj, funkcijo mase zvezde. Čim bolj je zvezda bolj masivna, počasnejši je izmet.
Toda kako bi lahko ogrodnik ogljikovega kisika kopičil maso, večjo od meje Chandrasekharja, ne da bi eksplodiral? Mogoče je, da bi bila zelo hitro vrteča se zvezda bolj množična. Možno je tudi, da bi se dva bela škrata s kombinirano maso nad mejo Chandrasekhar lahko trčila in eksplodirala.
Nugent pravi: "En namig je prišel od našega soavtorja Marka Sullivana, ki je v podatkih SNLS že našel dve različni stopnji za proizvodnjo supernove tipa Ia. Grobo jih je mogoče razbiti na tiste, ki prihajajo iz mladih zvezd, ki tvorijo zvezde, in tiste iz starih, mrtvih galaksij. Torej obstaja pokazatelj, da lahko obstajata dve populaciji tipa I z dvema vrstama potomcev in dvema različnima potoma do eksplozije. "
V starih, mrtvih galaksijah so celo največje zvezde majhne, razlaga Nugent. Edine vrste supernov tipa Ia, ki so v teh galaksijah možne, so verjetno binarni sistem, množični in Chandrasekhar-mase. Toda mlade galaksije, ki tvorijo zvezde, proizvajajo ogromne predmete in bi lahko bile bogate z dvobarvnimi sistemi, tako imenovanimi "dvojno izrojeni".
"Če je dvojno izrojeni model pravi, bodo takšni sistemi vedno proizvajali super-Chandrasekharjeve eksplozije v teh zelo mladih galaksijah," pravi Nugent.
Mlajše galaksije najverjetneje najdemo v zgodnjem vesolju in s tem na večjih razdaljah. Ker so oddaljene supernove tipa Ia ključne za prizadevanje za merjenje evolucije temne energije, je bistveno, da jasno določimo supernovee tipa Ia, ki ne ustrezajo modelu Chandrasekhar-mase. To je enostavno storiti s tipom Ia, ki je čuden kot SNLS-03D3bb, vendar niso vsi super-Chandrasekharjevi supernovi morda tako očitni.
"Eden od načinov zaznavanja super-Chandrasekharjeve supernove je merjenje hitrosti izmeta in primerjava s svetlostjo. Drugi način je, če se svetlobna krivulja razvija z več spektri. Žal je odvzemanje spektra največji strošek v celotnem izvajanju raziskav temne energije, «pravi Nugent. "Oblikovalci teh poskusov bodo morali najti učinkovite načine, kako iz svojih vzorcev izločiti supernove Chandrasekharjeve supernove."
Modeliranje variacij
Deloma je bilo v upanju, da bomo razvili hiter in zanesljiv način identifikacije kandidatnih supernov tipa Ia za kozmološke raziskave, da sta Nugent in soavtor Richard Ellis sprva pristopila k Sullivanu in drugim članom SNLS z veliko bazo podatkov o supernovah. Nugent je v Nacionalnem znanstvenem računskem centru za raziskave na področju energije (NERSC) s sedežem v Berkeley laboratoriju razvil algoritem, ki bi lahko zgodaj v evoluciji kandidatove supernove vzel peščico fotometričnih podatkovnih točk, jih pozitivno identificiral kot tip Ia in natančno napovedal čas maksimalne svetlosti.
Izkazalo se je, da je ena prvih vrst Ia, ki je bila raziskana na ta način, SNLS-03D3bb. "Imelo je tako visoko razmerje med signalom in hrupom glede na njegovo rdečo premik, da bi morali že na začetku sumiti, da gre za nenavadno supernovo," pravi Nugent.
Nugent meni, da je odkritje prve predstavljive supernove Chandrasekhar supernove videti kot vznemirljivo perspektivo: "Prvič po letu 1993" - ko se je razvil razmerje med svetlostjo in krivuljo svetlobe - "imamo zdaj močno smer, da bomo iskali naslednje parameter, ki opisuje svetlost supernove tipa Ia. To iskanje nas lahko privede do veliko boljšega razumevanja njihovih potomcev in sistematike njihove uporabe kot kozmoloških sond. "
To razumevanje je eden glavnih ciljev konzorcija za računalniško astrofiziko, ki ga je vodil Stan Woosley iz kalifornijske univerze v Santa Cruzu, podprl pa ga je Oddelek za energetiko Ministrstva za energetiko s programom Science Discovery Through Advanced Computing (SciDAC) s programom Nugent in John Bell iz oddelka za računalništvo in NERSC med vodilnimi partnerji.
"Chandrasekharjev model strnitve leta 1931 je bil eleganten in močan; dobil mu je Nobelovo nagrado, "pravi Nugent. "Toda bil je preprost enodimenzionalni model. Samo z dodajanjem vrtenja lahko človek preseže Chandrasekharjevo maso, kot je sam priznal. "
Nugent pravi, da je pri dvodimenzionalnih in tridimenzionalnih modelih supernov možno uporabljati superračunalnike, zato je mogoče preučiti širši razpon možnosti narave. "To je cilj našega projekta SciDAC, da dobimo najboljše modele in najboljše podatke o opazovanju in jih združimo, da potisnemo celotno kroglico voska. Na koncu tega projekta bomo vedeli največ, kar lahko vemo o vseh vrstah supernov tipa Ia. "
"Supernova tipa Ia iz zvezde belega škrata Super Chandrasekharja", avtor: Andrew 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 in Christopher J. Pritchett se pojavljajo v oddaji Nature in 21. septembra. je na voljo na spletu naročnikom.
Berkeley Lab je ameriški nacionalni laboratorij za energetiko v Berkeleyju v Kaliforniji. Izvaja nerazvrščene znanstvene raziskave, upravlja pa jih Kalifornijska univerza. Obiščite našo spletno stran na naslovu http://www.lbl.gov.
Izvirni vir: LBL News Release
