Obrazový kredit: ESO
Zdá sa, že nové údaje, ktoré zhromaždil veľmi veľký ďalekohľad Európskeho južného observatória (VLT), naznačujú, že supernovy nemusia byť pri výbuchu symetrické - ich jas sa mení v závislosti od toho, ako sa na ne pozeráte. Ak sú jasnejšie alebo slabšie v závislosti od toho, ako sa na ne pozeráte, môže to spôsobiť chyby vo výpočtoch vzdialenosti. Nový výskum však naznačuje, že sa časom stávajú symetrickejšími, takže astronómovia pred vykonaním svojich výpočtov musia chvíľu počkať.
Medzinárodný tím astronómov [2] uskutočnil nové a veľmi podrobné pozorovania supernovy vo vzdialenej galaxii pomocou veľmi veľkého ďalekohľadu ESO (VLT) na observatóriu Paranal (Čile). Prvýkrát ukazujú, že určitý typ supernovy spôsobený výbuchom „bieleho trpaslíka“, hustej hviezdy s hmotnosťou okolo Slnka, je počas počiatočných fáz expanzie asymetrický.
Význam tohto pozorovania je omnoho väčší, ako sa môže na prvý pohľad zdať. Tento konkrétny druh supernovy, nazvaný „Typ Ia“, zohráva veľmi dôležitú úlohu v súčasných pokusoch o zmapovanie vesmíru. Už dlho sa predpokladá, že supernovy typu Ia majú rovnakú vnútornú jasnosť, čo im dáva prezývku ako „štandardné sviečky“.
Ak áno, rozdiely pozorovaného jasu medzi jednotlivými supernovými tohto typu jednoducho odrážajú ich rôzne vzdialenosti. Toto a skutočnosť, že vrcholný jas týchto supernovových súperov s ich materskou galaxiou, umožnil zmerať vzdialenosti aj veľmi vzdialených galaxií. Niektoré zjavné nezrovnalosti, ktoré sa nedávno zistili, viedli k objavu kozmického zrýchlenia.
Toto prvé jasné pozorovanie asymetrie výbuchu v supernove typu Ia však znamená, že presná jasnosť takéhoto objektu bude závisieť od uhla, z ktorého je vidieť. Pretože tento uhol nie je známy pre žiadnu konkrétnu supernovu, je zrejmé, že do tohto druhu základných meraní vzdialenosti vo vesmíre sa zavádza určitá miera neistoty, ktorú treba v budúcnosti zohľadniť.
Našťastie údaje VLT tiež ukazujú, že ak budete chvíľu čakať - čo z hľadiska pozorovania umožňuje pozrieť sa hlbšie do rozširujúcej sa ohnivej gule -, stáva sa sférickejšou. Stanovenie vzdialenosti supernov, ktoré sa vykonáva v tejto neskoršej fáze, bude preto presnejšie.
Výbuchy supernov a kozmické vzdialenosti
Počas udalostí supernovy typu Ia explodujú zvyšky hviezd s počiatočnou hmotnosťou až niekoľkonásobne väčšou ako Slnko (tzv. „Biele trpasličí hviezdy“), pričom nezostáva nič iné ako rýchlo sa rozvíjajúci oblak „hviezdnej“.
Supernovy typu Ia sú medzi sebou celkom podobné. Toto im poskytuje veľmi užitočnú úlohu ako „štandardné sviečky“, ktoré sa môžu použiť na meranie kozmických vzdialeností. Ich maximálna jasnosť sa líši od ich rodičovskej galaxie, a preto ich kvalifikujú ako prvotriedne kozmické meradlá.
Astronómovia využili túto šťastnú okolnosť na štúdium histórie rozširovania nášho vesmíru. Nedávno dospeli k základnému záveru, že vesmír sa rozširuje zrýchľujúcim sa tempom, porovnaj ESO PR 21/98, december 1998 (pozri tiež webovú stránku urýchľovacej sondy Supernova).
Výbuch bieleho trpaslíka
V najrozšírenejších modeloch supernov typu Ia obieha biela hviezdica pred výbuchom obežnú hviezdu podobnú slnečnému žiareniu a každých pár hodín dokončí revolúciu. V dôsledku úzkej interakcie sprievodná hviezda neustále stráca hmotu, ktorej časť zachytáva (v astronomickej terminológii „narastá“) biely trpaslík.
Biely trpaslík predstavuje predposlednú fázu hviezdy slnečného typu. Jadrový reaktor v jeho jadre už dávno minul palivo a je teraz neaktívny. V určitom okamihu však montážna hmotnosť akumulačného materiálu zvýši tlak vnútri bieleho trpaslíka natoľko, že jadrový popol v ňom vznieti a začne horieť na ešte ťažšie prvky. Tento proces sa veľmi rýchlo stane nekontrolovateľným a celá hviezda sa v dramatickej udalosti rozbije na kúsky. Je vidieť extrémne horúca ohnivá guľa, ktorá často zatieni hostiteľskú galaxiu.
Tvar výbuchu
Aj keď všetky supernovy typu Ia majú celkom podobné vlastnosti, doteraz nebolo jasné, ako podobná by sa takáto udalosť javila pozorovateľom, ktorí ju sledujú z rôznych smerov. Všetky vajcia vyzerajú podobne a nerozoznateľné od seba pri pohľade z rovnakého uhla, ale bočný pohľad (oválny) sa zjavne líši od koncového pohľadu (okrúhly).
Ak by výbuchy supernovy typu Ia boli asymetrické, žiarili by rôznymi svetlosťami rôznymi smermi. Pozorovania rôznych supernov - pozorované pod rôznymi uhlami - sa preto nedajú priamo porovnávať.
Ak by astronómovia nepoznali tieto uhly, potom by odvodili nesprávne vzdialenosti a bola by spochybnená presnosť tejto základnej metódy na meranie štruktúry vesmíru.
Polarimetria k záchrane
Jednoduchý výpočet ukazuje, že dokonca aj pre orlové oči interferometra VLT (VLTI) sa všetky supernovy v kozmologických vzdialenostiach objavia ako nevyriešené svetelné body; sú jednoducho príliš ďaleko. Existuje však aj iný spôsob, ako určiť uhol, pod ktorým je konkrétna supernova viditeľná: polarimetria je názov triku!
Polarimetria funguje nasledovne: svetlo sa skladá z elektromagnetických vĺn (alebo fotónov), ktoré oscilujú v určitých smeroch (rovinách). Odraz alebo rozptyl svetla uprednostňuje určité orientácie elektrických a magnetických polí nad ostatnými. To je dôvod, prečo polarizačné slnečné okuliare môžu odfiltrovať lesk slnečného svetla odrážajúci sa od rybníka.
Keď sa svetlo rozptyľuje cez rozširujúce sa zvyšky supernovy, zachováva si informácie o orientácii rozptylových vrstiev. Ak je supernova sféricky symetrická, všetky orientácie budú rovnaké a priemerné, takže nedôjde k polarizácii siete. Ak však plynová škrupina nie je okrúhla, na svetlo sa vytlačí mierna polarizácia siete.
„Aj pri pomerne zreteľných asymetriách je polarizácia veľmi malá a sotva prekračuje úroveň jedného percenta,“ hovorí Dietrich Baade, astronóm ESO a člen tímu, ktorý pozorovania vykonal. „Ich meranie si vyžaduje nástroj, ktorý je veľmi citlivý a veľmi stabilný. "
Meranie slabých a vzdialených svetelných zdrojov s rozdielmi na úrovni menšej ako jedno percento je významnou pozorovacou výzvou. „ESO veľmi veľký ďalekohľad (VLT) ponúka presnosť, intenzitu zberu svetla, ako aj špecializované prístrojové vybavenie potrebné pre také náročné polarimetrické pozorovanie,“ vysvetľuje Dietrich Baade. „Tento projekt by však nebol možný bez prevádzky VLT v servisnom režime. Je skutočne nemožné predpovedať, kedy bude supernova explodovať a my musíme byť neustále pripravení. Iba servisný režim umožňuje pozorovania v krátkom čase. Pred niekoľkými rokmi bolo riaditeľstvom spoločnosti ESO prezieravé a odvážne rozhodnutie klásť taký dôraz na režim služieb. A to bol tím kompetentných a oddaných astronómov ESO na Paranale, ktorý urobil tento koncept praktickým úspechom, “dodáva.
Astronómovia [1] použili prístroj VLT multi-mode FORS1 na pozorovanie SN 2001el, supernovy typu Ia, ktorá bola objavená v septembri 2001 v galaxii NGC 1448, porovnaj PR Foto 24a / 03 vo vzdialenosti 60 miliónov svetelných rokov.
Pozorovania získané približne týždeň pred dosiahnutím maximálnej jasnosti tejto supernovy okolo 2. októbra odhalili polarizáciu pri hladinách 0,2 až 0,3% (PR Foto 24b / 03). Takmer pri maximálnom svetle a až do dvoch týždňov po ňom bola polarizácia stále merateľná. Šesť týždňov po maxime klesla polarizácia pod detekovateľnosť.
Je to po prvýkrát, čo sa zistilo, že normálna supernova typu Ia vykazuje taký jasný dôkaz asymetrie.
Pozeráme sa hlbšie do supernovy
Ihneď po výbuchu supernovy sa väčšina vylúčenej hmoty pohybuje rýchlosťou okolo 10 000 km / s. Počas tohto rozširovania sa najvzdialenejšie vrstvy postupne stávajú priehľadnými. Časom sa teda človek môže pozerať hlbšie a hlbšie do supernovy.
Polarizácia meraná v SN 2001el preto poskytuje dôkaz, že najvzdialenejšie časti supernovy (ktoré sú prvýkrát videné) sú výrazne asymetrické. Neskôr, keď pozorovania VLT „prenikajú“ hlbšie do srdca supernovy, geometria výbuchu je stále symetrickejšia.
Ak sa modeluje z hľadiska splošteného sféroidného tvaru, zmeraná polarizácia v SN 2001el predpokladá pomer menšej a väčšej osi okolo 0,9 predtým, ako sa dosiahne maximálny jas a sféricky symetrická geometria asi jeden týždeň po tomto maxime a ďalej.
Kozmologické dôsledky
Jedným z kľúčových parametrov, na ktorých sú založené odhady vzdialenosti typu Ia, je maximálny optický jas. Nameraná asféricita by v tomto okamihu priniesla absolútnu neurčitosť jasu (rozptyl) asi 10%, ak by sa nevykonala korekcia uhla pozorovania (ktorý nie je známy).
Zatiaľ čo supernovy typu Ia sú zďaleka najlepšími štandardnými sviečkami na meranie kozmologických vzdialeností, a teda na skúmanie tzv. Temnej energie, pretrváva malá neistota merania.
„Asymetria, ktorú sme merali v SN 2001el, je dostatočne veľká na to, aby vysvetlila veľkú časť tejto vnútornej neistoty,“ hovorí Lifan Wang, vedúci tímu. „Keby boli všetky supernovy typu Ia podobné, znamenalo by to veľa rozptylu pri meraní jasu. Môžu byť ešte jednotnejšie, ako sme si mysleli. “
Zníženie rozptylu pri meraniach jasu by sa samozrejme mohlo dosiahnuť aj výrazným zvýšením počtu supernov, ktoré pozorujeme, ale vzhľadom na to, že tieto merania vyžadujú najväčší a najdrahší teleskopy na svete, ako je VLT, nejde o najúčinnejšiu metódu.
Teda, ak by sa namiesto toho použil maximum nameraný týždeň alebo dva po maxime, sféricita by sa potom obnovila a zo neznámeho uhla pohľadu by nedošlo k systematickým chybám. Vďaka tejto malej zmene v postupe pozorovania sa supernovy typu Ia mohli stať ešte spoľahlivejšími kozmickými meradlami.
Teoretické implikácie
Súčasná detekcia polarizovaných spektrálnych znakov silne naznačuje, že na pochopenie základnej fyziky sa teoretické modelovanie udalostí supernovy typu Ia bude musieť robiť vo všetkých troch dimenziách s väčšou presnosťou, ako sa v súčasnosti robí. V skutočnosti dostupné vysoko komplexné hydrodynamické výpočty doteraz neboli schopné reprodukovať štruktúry vystavené účinkom SN 2001el.
Viac informácií
Výsledky prezentované v tejto tlačovej správe boli popísané vo výskumnej publikácii v „Astrofyzikálnom časopise“ („Spektropolarimetria SN 2001el v NGC 1448: Asférickosť normálneho typu Supernova typu Ia“ od Lifana Wanga a spoluautorov, zväzok 591, s. 1110).
Poznámky
[1]: Toto je koordinované národné laboratórium pre ESO / Lawrence Berkeley / Univ. of Texas Tlačová správa. Tlačová správa LBNL je k dispozícii tu.
[2]: Tím sa skladá z Lifana Wanga, Dietricha Baadea, Petra H. Flicha, Alexeja Khokhlova, J. Craiga Wheelera, Daniela Kasena, Petra E. Nugenta, Saula Perlmuttera, Claesa Franssona a Petra Lundqvista.
Pôvodný zdroj: ESO News Release
