Kreditna slika: ESO
Novi podatki, ki jih je zbral zelo velik teleskop (VLT) Evropskega južnega observatorija, kažejo, da supernove morda ne eksplodirajo simetrično, ko eksplodirajo - njihova svetlost se spreminja glede na to, kako jih gledate. Če so svetlejši ali temnejši, odvisno od tega, kako jih gledate, lahko povzročijo napake pri izračunu razdalje. Toda nove raziskave kažejo, da sčasoma postajajo bolj simetrične, zato morajo astronomi še nekoliko počakati, preden opravijo svoje izračune.
Mednarodna ekipa astronomov [2] je z opazovanjem supernove v oddaljeni galaksiji opravila nova in zelo podrobna opazovanja supernove v ESO zelo velik teleskop (VLT) v observatoriju Paranal (Čile). Prvič kažejo, da je določena vrsta supernove, ki jo povzroči eksplozija "belega škrata", goste zvezde z maso okrog Sonca, v začetnih fazah širjenja asimetrična.
Pomen tega opažanja je veliko večji, kot se morda zdi na prvi pogled. Ta posebna vrsta supernove, imenovana "Tip Ia", igra zelo pomembno vlogo v trenutnih poskusih preslikave Vesolja. Že dolgo se domneva, da imajo supernove tipa Ia enako notranjo svetlost in si zaslužijo vzdevek kot "standardne sveče".
V tem primeru razlike v opaženi svetlosti med posameznimi supernovami te vrste preprosto odražajo različne razdalje. To in dejstvo, da je največja svetlost teh supernov v nasprotju s svojo matično galaksijo, je omogočilo merjenje razdalj celo zelo oddaljenih galaksij. Nekatera očitna odstopanja, ki so jih nedavno ugotovili, so privedla do odkritja kozmičnega pospeška.
Toda prvo jasno opazovanje asimetrije eksplozije v supernovi tipa Ia pomeni, da bo natančna svetlost takega predmeta odvisna od kota, iz katerega je viden. Ker ta kot ne pozna nobene posebne supernove, to očitno vnaša nekaj negotovosti v tovrstne osnovne meritve razdalje v vesolju, ki jih je treba upoštevati v prihodnosti.
Na srečo podatki VLT kažejo tudi, da če malo počakate - kar v opazovalnih pogojih omogoča pogled globlje v naraščajočo ognjeno kroglo - potem postane bolj sferična. Določitve oddaljenosti supernov, ki se izvajajo v tej poznejši fazi, bodo zato natančnejše.
Eksplozije supernove in kozmične razdalje
Med dogodki supernove tipa Ia ostanki zvezd z začetno maso do nekajkrat večjega od Sonca (tako imenovane "bele pritlikave zvezde") eksplodirajo, za seboj pa ne puščajo nič drugega kot hitro rastoči oblak "zvezdnih prašin".
Supernove tipa Ia so med seboj na videz precej podobne. To jim zagotavlja zelo koristno vlogo kot "standardne sveče", ki jih lahko uporabimo za merjenje kozmičnih razdalj. Njihova največja svetlost tekmuje z njihovo matično galaksijo, zato jih uvršča med glavne kozmične meritve.
Astronomi so to srečno okoliščino izkoristili za preučevanje zgodovine širjenja našega vesolja. Pred kratkim so prišli do temeljnega sklepa, da se Vesolje širi s pospeševanjem, prim. ESO PR 21/98, december 1998 (glej tudi spletno stran Supernova Acceleration Probe).
Eksplozija bele pritlikave zvezde
V najpogosteje sprejetih modelih supernov tipa Ia pred-eksplozijska bela pritlikava zvezda kroži po zvezdi, podobni sončni svetlobi, in vsakih nekaj ur vrti revolucijo. Zaradi tesne interakcije spremljevalna zvezda neprestano izgublja maso, katere del beli pritlikavec pobere (v astronomski terminologiji: "narasli").
Beli škrat predstavlja predzadnjo stopnjo zvezde sončnega tipa. Jedrskemu reaktorju v njegovem jedru je že dolgo zmanjkalo goriva in je zdaj neaktiven. Toda na neki točki bo montažna teža akumulacijskega materiala toliko povišala tlak v belem pritlikavcu, da se bo jedrski pepel tam vžgal in začel goreti v še težje elemente. Ta postopek zelo hitro postane nenadzorovan in celotna zvezda je v dramatičnem dogodku razstreljena na koščke. Vidimo izredno vročo ognjeno kroglo, ki pogosto zasenči gostiteljsko galaksijo.
Oblika eksplozije
Čeprav imajo vse supernove tipa Ia precej podobne lastnosti, še nikoli ni bilo jasno, kako podoben bi bil tak dogodek pri opazovalcih, ki si ga ogledajo iz različnih smeri. Vsa jajca so med seboj podobna in jih ni mogoče razlikovati, če jih gledamo iz istega kota, toda stranski pogled (ovalni) se očitno razlikuje od konca (okrogel).
In res, če bi bile eksplozije supernove tipa Ia nesimetrične, bi svetile z različno svetlostjo v različnih smereh. Opazovanja različnih supernov - gledano pod različnimi koti - torej ni mogoče neposredno primerjati.
Če pa teh kotov ne poznajo, bi astronomi sklepali o napačnih razdaljah in natančnost te temeljne metode za merjenje strukture Vesolja bi bila vprašljiva.
Polarimetrija na pomoč
Preprost izračun kaže, da se bodo celo očne oči Interferometra VLT (VLTI) vse supernove na kozmoloških razdaljah zdele kot nerazrešene točke svetlobe; so preprosto predaleč. Obstaja pa še en način za določanje kota, pod katerim se gleda določena supernova: polarimetrija je ime trika!
Polarimetrija deluje na naslednji način: svetlobo sestavljajo elektromagnetni valovi (ali fotoni), ki v določenih smereh nihajo (ravnine). Odboj ali razprševanje svetlobe daje prednost nekaterim usmeritvam električnega in magnetnega polja nad drugimi. Zato polarizirajoča sončna očala lahko odstranijo odsev sončne svetlobe, ki se odbija od ribnika.
Ko se svetloba razkropi po naraščajočih razbitinah supernove, hrani podatke o orientaciji razpršilnih plasti. Če je supernova sferično simetrična, bodo vse usmeritve enake in bodo povprečne, zato ne bo neto polarizacije. Če pa plinska lupina ni okrogla, se bo na svetlobi odtisnila rahla neto polarizacija.
"Tudi pri precej opaznih asimetrijah je polarizacija zelo majhna in komaj presega en odstoten nivo," pravi Dietrich Baade, astronom ESO in član ekipe, ki je opravila opažanja. »Za njihovo merjenje je potreben zelo občutljiv in stabilen instrument. ”
Merjenje v slabih in oddaljenih svetlobnih virih razlik na ravni manj kot en odstotek je velik opazovalni izziv. "Vendar pa ESO zelo velik teleskop (VLT) ponuja natančnost, moč zbiranja svetlobe, pa tudi specializirane instrumente, potrebne za tako zahtevno polarimetrično opazovanje," razlaga Dietrich Baade. "Toda ta projekt ne bi bil mogoč, če ne bi VLT deloval v storitvenem načinu. Res je nemogoče napovedati, kdaj bo eksplodirala supernova in moramo biti pripravljeni ves čas. Samo servisni način omogoča opazovanje v kratkem času. Pred nekaj leti je direktorat ESO dal daljnovidno in pogumno odločitev, da da toliko pozornosti na način storitve. In ta tim pristojnih in predanih astronomov ESO na Paranalu je ta koncept naredil praktičen uspeh, «doda.
Astronomi [1] so za opazovanje SN 2001el, supernove tipa Ia, ki so ga odkrili septembra 2001 v galaksiji NGC 1448, prim. PR fotografija 24a / 03 na razdalji 60 milijonov svetlobnih let.
Opazovanja, pridobljena približno teden dni, preden je ta supernova dosegla največjo svetlost okoli 2. oktobra, so pokazala polarizacijo na ravni 0,2-0,3% (PR Photo 24b / 03). Pri skoraj največji svetlobi in do dva tedna zatem je bila polarizacija še vedno merljiva. Šest tednov po maksimumu je polarizacija padla pod zaznavnost.
To je prvič, ko je bilo ugotovljeno, da je običajna supernova tipa Ia pokazala tako jasne dokaze o asimetriji.
Če pogledamo globlje v supernovo
Takoj po eksploziji supernove se večina izgnanih snovi giblje s hitrostjo okoli 10.000 km / sek. Med tem širjenjem postanejo najbolj oddaljeni najbolj oddaljeni sloji. S časom lahko tako pogledamo globlje in globlje v supernovo.
Polarizacija, izmerjena v SN 2001el, torej dokazuje, da so najbolj oddaljeni deli supernove (ki jih prvič vidimo) bistveno nesimetrični. Kasneje, ko opažanja VLT "prodrejo" globlje proti srcu supernove, je geometrija eksplozije vse bolj simetrična.
Če se modelira glede na sploščeno sferično obliko, izmerjena polarizacija v SN 2001el pomeni razmerje med manjšo in večjo osjo približno 0,9, preden se doseže največja svetlost in kroglasto simetrična geometrija od približno enega tedna po tem maksimumu in naprej.
Kozmološke posledice
Eden ključnih parametrov, na katerem temeljijo ocene razdalje tipa Ia, je največja optična svetlost. Izmerjena asferičnost bi v tem trenutku vnesla absolutno negotovost (razpršenost) približno 10%, če ne bi bili izvedeni popravki za vidni kot (kar ni znano).
Medtem ko so supernove tipa Ia daleč najboljše standardne sveče za merjenje kozmoloških razdalj in s tem za raziskovanje tako imenovane temne energije, ostaja majhna merilna negotovost.
"Asimetrija, ki smo jo izmerili v SN 2001el, je dovolj velika, da razloži velik del te notranje negotovosti," pravi vodja ekipe Lifan Wang. "Če bi bili vsi supernove tipa Ia takšni, bi to povzročilo veliko disperzije pri meritvah svetlosti. Morda so celo bolj enotni, kot smo mislili. "
Zmanjšanje razpršenosti meritev svetlosti bi bilo seveda mogoče doseči tudi s pomembnim povečanjem števila supernov, ki jih opažamo, vendar glede na to, da te meritve zahtevajo največje in najdražje teleskope na svetu, kot je VLT, to ni najbolj učinkovita metoda.
Če bi namesto tega uporabili svetlost, merjeno teden ali dva po maksimumu, bi se sferičnost obnovila in ne bi bilo sistematičnih napak iz neznanega zornega kota. S tako majhno spremembo opazovalnega postopka bi supernove tipa Ia lahko postale še bolj zanesljive kozmične meritve.
Teoretične posledice
Sedanje odkrivanje polariziranih spektralnih značilnosti močno nakazuje, da bo za razumevanje osnovne fizike treba teoretično modeliranje dogodkov supernovee tipa Ia opraviti v vseh treh dimenzijah z večjo natančnostjo, kot je trenutno storjeno. Pravzaprav razpoložljivi, zelo zapleteni hidrodinamični izračuni doslej niso mogli reproducirati struktur, ki jih je izpostavil SN 2001el.
Več informacij
Rezultati, predstavljeni v tem sporočilu za javnost, so opisani v raziskovalnem prispevku v "Astrophysical Journal" ("Spektropolarimetrija SN 2001el v NGC 1448: Asphericity of Normal Type Ia Supernova", Lifan Wang in soavtorji, letnik 591, str 1110).
Opombe
[1]: Gre za usklajeni ESO / Lawrence Berkeley National Laboratory / Univ. Teksaškega sporočila za javnost. Sporočilo za javnost LBNL je na voljo tukaj.
[2]: Ekipo sestavljajo Lifan Wang, Dietrich Baade, Peter H? Flich, Alexei Khokhlov, J. Craig Wheeler, Daniel Kasen, Peter E. Nugent, Saul Perlmutter, Claes Fransson in Peter Lundqvist.
Izvirni vir: ESO News Release
