Obrazový kredit: LBL
Medzinárodný tím astrofyzikov a astronómov meral polarizované svetlo od nezvyčajnej vybuchujúcej hviezdy prvý podrobný obrázok supernovy typu Ia a charakteristického hviezdneho systému, v ktorom explodoval.
Vedci zistili, že pomocou veľmi veľkého ďalekohľadu European Southern Observatory v Čile vedci zistili, že supernova 2002ic explodovala vo vnútri plochého, hustého, drsného disku prachu a plynu, ktorý bol predtým odfúknutý od sprievodnej hviezdy. Ich práca naznačuje, že tento a niektoré ďalšie prekurzory supernovy typu Ia sa podobajú objektom známym ako protoplanetárne hmloviny, známym v našej vlastnej galaxii Mliečnej dráhy.
Lifan Wang z Lawrence Berkeley National Laboratory, Dietrich Baade z Európskeho južného observatória (ESO), Peter H. Flich a J. Craig Wheeler z University of Texas v Austine, Koji Kawabata z Národného astronomického observatória Japonska a Ken'ichi Nomoto z Tokijskej univerzity podáva správy o svojich zisteniach v liste Astrofyzikálneho časopisu z 20. marca 2004.
Casting supernovae na písanie
Supernovy sú označené podľa prvkov viditeľných v ich spektrách: Spektrám typu I chýbajú vodíkové línie, zatiaľ čo spektrá typu II majú tieto línie. Čo robí SN 2002ic neobvyklým je to, že jeho spektrum sa inak podobá typickej supernove typu Ia, ale vykazuje silnú emisnú líniu vodíka.
Typ II a niektoré ďalšie supernovy sa vyskytujú, keď sa jadrá veľmi masívnych hviezd zrútia a explodujú, pričom zanechávajú extrémne husté neutrónové hviezdy alebo dokonca čierne diery. Supernovy typu Ia však explodujú veľmi odlišným mechanizmom.
„Supernova typu Ia je kovová ohnivá guľa,“ vysvetľuje Wang Berkeley Lab, priekopník v oblasti supernovovej spektrofolarimetrie. „Typ Ia nemá vodík ani hélium, ale veľa železa, plus rádioaktívny nikel, kobalt a titán, trochu kremíka a trochu uhlíka a kyslíka. Jedným z jej progenitorov musí byť stará hviezda, ktorá sa vyvinula tak, aby zanechala bieleho trpaslíka s uhlíkom a kyslíkom. Uhlík a kyslík ako jadrové palivo však nehoria ľahko. Ako môže biely trpaslík explodovať? “
Najbežnejšie akceptované modely typu Ia predpokladajú, že biely trpaslíci - približne veľkosť Zeme, ale zabalí väčšinu hmoty Slnka - narastajú z obežného spoločníka, až kým nedosiahnu 1,4 solárnych hmôt, známych ako Chandrasekharov limit. Teraz superdenzný biely trpaslík sa zapáli pri mohutnom termonukleárnom výbuchu a nezanechal nič iné ako hviezdu.
Medzi ďalšie schémy patrí zlúčenie dvoch bielych trpaslíkov alebo dokonca osamelého bieleho trpaslíka, ktorý znovu nahromadí hmotu zbavenú mladšieho ja. Napriek tomu, že sa objavili tri desaťročia hľadania, až do objavenia a následných spektrofolarimetrických štúdií SN 2002ic neexistoval žiadny presvedčivý dôkaz o žiadnom modeli.
V novembri 2002 ohlásil Michael Wood-Vasey a jeho kolegovia z továrne blízkosti Supernovy v blízkosti energetiky, ktorá sídli v Berkeley Lab, objav SN 2002ic, krátko po tom, čo bola jeho explózia odhalená takmer milión svetelných rokov v anonymnej galaxii v konštelácia Ryby.
V auguste 2003 Mario Hamuy z Carnegie Observatories a jeho kolegovia oznámili, že zdrojom veľkého množstva vodíka bohatého na vodík v SN 2002ic bola pravdepodobne tzv. Asymptotická obrie vetva (AGB), hviezda v záverečných fázach jeho životnosť s trikrát až osemnásobkom hmotnosti Slnka - práve taká hviezda, ktorá po odfúknutí vonkajších vrstiev vodíka, hélia a prachu zanechala bieleho trpaslíka.
Okrem toho bola táto zdanlivo protirečivá supernova - typ Ia s vodíkom - v skutočnosti podobná iným supernovám bohatým na vodík, ktoré sa predtým označovali ako typ IIn. To zase naznačovalo, že zatiaľ čo supernovy typu Ia sú skutočne pozoruhodne podobné, medzi ich progenitormi môžu existovať veľké rozdiely.
Pretože supernovy typu Ia sú také podobné a také jasné - jasné alebo jasnejšie ako celé galaxie - stali sa najdôležitejšími astronomickými štandardnými sviečkami na meranie kozmických vzdialeností a rozširovania vesmíru. Začiatkom roku 1998, po analýze desiatok pozorovaní vzdialených supernov typu I, oznámili členovia projektu Supernova Kozmologický projekt Ministerstva energetiky so sídlom v Berkeley Lab spolu so svojimi súpermi vo vyhľadávacom tíme Supernova High-Z so sídlom v Austrálii úžasný objav, že rozširovanie vesmíru sa zrýchľuje.
Kozmológovia následne zistili, že viac ako dve tretiny vesmíru pozostáva z tajomného niečoho, čo sa nazýva „temná energia“, ktoré napína priestor a poháňa zrýchľujúcu expanziu. Dozvedieť sa viac o temnej energii však bude závisieť od starostlivého štúdia mnohých vzdialenejších supernov typu Ia, vrátane lepšej znalosti toho, aký druh hviezdnych systémov ich spúšťa.
Štruktúra zobrazovania so spektrofolarimetriou
Spektrofolimetria SN 2002ic doteraz poskytla najpodrobnejší obraz systému typu Ia. Polarimetria meria orientáciu svetelných vĺn; Napríklad slnečné okuliare Polaroid „merajú“ horizontálnu polarizáciu, keď blokujú časť svetla odrážaného od plochých povrchov. V predmete, ako je oblak prachu alebo hviezdny výbuch, sa však svetlo neodráža od povrchov, ale rozptyľuje sa od častíc alebo elektrónov.
Ak je oblak prachu alebo výbuch sférický a rovnomerne hladký, všetky smery sú rovnako zastúpené a polarizácia siete je nulová. Ak však objekt nie je sférický - napríklad disk alebo cigareta - v niektorých smeroch osciluje viac svetla ako v iných.
Dokonca aj pri pomerne viditeľných asymetriách je čistá polarizácia zriedka vyššia ako jedno percento. Pre spektrofolarimetrický prístroj ESO bolo teda výzvou zmerať slabý SN 2002, dokonca aj pomocou výkonného veľmi veľkého ďalekohľadu. Získanie potrebných vysoko kvalitných údajov o polarimetrii a spektroskopii trvalo niekoľko hodín pozorovania počas štyroch rôznych nocí.
Pripomienky tímu prišli takmer rok po prvom zistení SN 2002ic. Supernova rástla omnoho slabšie, ale jej prominentná emisná línia vodíka bola šesťkrát jasnejšia. Astronómovia spektroskopiou potvrdili pozorovanie Hamuya a jeho spolupracovníkov, že ejektúra expandujúca smerom von z explózie pri vysokej rýchlosti narazila na okolitú hustú látku bohatú na vodík.
Iba nové polarimetrické štúdie však dokázali odhaliť, že väčšina tejto záležitosti bola tvarovaná ako tenký disk. Polarizácia bola pravdepodobne dôsledkom interakcie vysokorýchlostných ejektov z výbuchu s prachovými časticami a elektrónmi v pomaly sa pohybujúcej okolitej hmote. Kvôli spôsobu, akým sa vodíková línia rozjasňovala dlho po prvom pozorovaní supernovy, astronómovia odvodili, že disk obsahoval husté zhluky a bol na svojom mieste ešte predtým, ako biely trpaslík vybuchol.
„Tieto prekvapujúce výsledky naznačujú, že progenitor SN 2002ic bol pozoruhodne podobný objektom, ktoré sú známe astronómom v našej vlastnej Mliečnej dráhe, konkrétne protoplanetárnymi hmlovinami,“ hovorí Wang. Mnohé z týchto hmlovín sú pozostatkami fúkaných vonkajších škrupín asymptotických hviezd obrovskej vetvy. Ak sa tieto hviezdy rýchlo otáčajú, vyhodia tenké nepravidelné disky.
Otázka načasovania
Trvá milión rokov, kým biely trpaslík zhromaždí dostatok materiálu na dosiahnutie limitu v Chandrasekhare. Naproti tomu hviezda AGB relatívne rýchlo stráca veľké množstvo hmoty; fáza protoplanetárnej hmloviny je prechodná a trvá iba niekoľko stoviek alebo tisícov rokov, kým sa rozpadnutá látka rozptýli. "Je to malé okno," hovorí Wang, nie dosť dlho na to, aby zvyšné jadro (samo o sebe biely trpaslík) znovu načerpalo dostatok materiálu na explóziu.
Je teda pravdepodobnejšie, že spoločník bielych trpaslíkov v systéme SN 2002 už zhromažďoval hmotu dlho predtým, ako sa vytvorila hmlovina. Pretože protoplanetárna fáza trvá iba niekoľko stoviek rokov a za predpokladu, že sa supernova typu Ia zvyčajne vyvinie milión rokov, očakáva sa, že sa asi tisícina všetkých supernov typu Ia bude podobať SN 2002ic. Menej stále bude mať svoje špecifické spektrálne a polarimetrické vlastnosti, hoci „bolo by veľmi zaujímavé hľadať ďalšie supernovy typu Ia s kruhovou hmotou,“ hovorí Wang.
Napriek tomu hovorí Dietrich Baade, hlavný riešiteľ projektu polarimetrie, ktorý používal VLT, „je to predpoklad, že všetky supernovy typu Ia sú v podstate rovnaké, čo umožňuje vysvetliť pozorovania SN 2002ic.“
Binárne systémy s rôznymi orbitálnymi charakteristikami a rôznymi druhmi spoločníkov v rôznych štádiách hviezdneho vývoja môžu stále viesť k podobným explóziám prostredníctvom modelu narastania. Poznámky Baade: „Zdanlivo zvláštny prípad modelu SN 2002ic je presvedčivým dôkazom toho, že tieto objekty sú v skutočnosti veľmi podobné, ako naznačuje ohromujúca podobnosť ich svetelných kriviek.“
Ukázaním distribúcie plynu a prachu spektrofolarimetria preukázala, prečo sú supernovy typu Ia také podobné, aj keď sa hmotnosti, vek, vývojové stavy a obežné dráhy ich prekurzorových systémov môžu veľmi líšiť.
The Berkeley Lab je národné laboratórium amerického ministerstva energetiky so sídlom v Berkeley v Kalifornii. Vykonáva neklasifikovaný vedecký výskum a riadi ho Kalifornská univerzita. Navštívte našu webovú stránku na adrese http://www.lbl.gov.
Pôvodný zdroj: Berkeley Lab News Release
