Kép jóváírása: LBL
A szokatlanul felrobbanó csillag polarizált fényének mérésével az asztrofizikusok és csillagászok nemzetközi csapata elkészítette az Ia típusú szupernóva és a megkülönböztető csillagrendszer első részletét, amelyben felrobbant.
Az Európai Déli Megfigyelő Intézet chilei nagyon nagy távcsövével a kutatók megállapították, hogy a 2002-es szupernóva sík, sűrű, gyűrött por- és gázlemezben robbant fel, amelyet korábban elfújtak egy társcsillagtól. Munkáik azt sugallják, hogy ez és az Ia típusú szupernóvák néhány más prekurzora protoplanetáris ködként ismert tárgyakhoz hasonlít, amelyek a Tejút-galaxisunkban jól ismertek.
Lifan Wang, Lawrence Berkeley Nemzeti Laboratórium, az Európai Déli Megfigyelő Intézet (ESO) Dietrich Baade, Peter H? Flich és J. Craig Wheeler a Austini Texasi Egyetemen, a Japán Nemzeti Csillagászati Megfigyelő Intézet Koji Kawabata és Ken'ichi A Tokiói Egyetem Nomoto az Astrophysical Journal Letters 2004. március 20-i számában jelentette eredményeit.
Supernovák öntése a gépeléshez
A szupernóvákat a spektrumukban látható elemek szerint jelöljük: az I. típusú spektrumokban nincs hidrogénvonal, míg a II. Típusú spektrumokban ezek vannak. Az SN 2002ic szokatlanná teszi azt, hogy spektruma egyébként egy tipikus Ia típusú szupernóvára hasonlít, de erős hidrogénkibocsátási vonallal rendelkezik.
A II. Típusú és néhány más szupernóva akkor fordul elő, amikor a nagyon hatalmas csillagok magjai összeomlanak és felrobbannak, és rendkívül sűrű neutroncsillagokat vagy akár fekete lyukakat hagynak hátra. Az Ia típusú szupernóvák azonban nagyon eltérő mechanizmusban robbannak fel.
„Az Ia típusú szupernóva fémes tűzgolyó” - magyarázza Berkeley Lab Wang, az úttörő a szupernóva spektropolarimetria területén. „Az Ia típusú nem tartalmaz hidrogént vagy héliumot, de rengeteg vasat, valamint radioaktív nikkel, kobalt és titán, egy kevés szilícium, valamint egy kis szén és oxigén. Tehát egyik elődjének egy régi csillagnak kell lennie, amely úgy fejlődött ki, hogy hátrahagyja a szén-oxigén fehér törpét. De a szén és az oxigén, mint nukleáris üzemanyag, nem ég könnyen. Hogyan felrobbanhat egy fehér törpe? ”
A legszélesebb körben elfogadott Ia típusú modellek feltételezik, hogy a fehér törpe - nagyjából a Föld mérete, de a nap tömegének többségét tölti - az anyagot egy keringő társtól akkreditálja, amíg el nem éri az 1.4 napi tömeget, az úgynevezett Chandrasekhar-határértéket. A most szuper denzitású fehér törpe hatalmas termonukleáris robbanás közben meggyullad, és csak sztárságot hagy maga után.
Más rendszerek között szerepel két fehér törpe vagy akár egy magányos fehér törpe összeolvadása, amely újra felveszi a fiatalabb én által elvetett ügyet. Három évtizedes kutatás ellenére, az SN 2002ic felfedezéséig és az azt követő spektropolarimetriás tanulmányokig, egyetlen modellel sem volt szilárd bizonyíték.
2002. novemberében Michael Wood-Vasey és kollégái a Berkeley Lab székhelyű, a közelben fekvő Supernova Gyár Energia Minisztériumán beszámoltak az SN 2002ic felfedezéséről, röviddel azután, hogy robbanását majdnem milliárd fényév távolságra fedezték fel egy anonim galaxisban a csillagkép Halak.
2003. augusztusában Mario Hamuy a Carnegie Observatories-től és kollégái arról számoltak be, hogy az SN 2002icben a bőséges hidrogénben gazdag gáz forrása valószínűleg egy úgynevezett aszimptotikus óriáság (AGB) csillag, a csillag a élettartama a nap tömegének háromszor-nyolcszorosa - olyan csillag, amely azután, hogy a hidrogén, hélium és por külső rétegeit elfújta, egy fehér törpét hagy maga után.
Sőt, ez a látszólag egymásnak ellentmondó szupernóva - Ia típusú hidrogénnel - valójában hasonló volt más hidrogénben gazdag szupernóvákhoz, amelyeket korábban IIn típusnak neveztek. Ez viszont azt sugallta, hogy míg az Ia típusú szupernóvák valóban rendkívül hasonlóak, ősök között nagy különbségek lehetnek.
Mivel az Ia típusú szupernóvák annyira hasonlóak és olyan fényesek - olyan fényesek vagy világosabbak, mint az egész galaxisok -, ezek váltak a legfontosabb csillagászati gyertyákká a kozmikus távolságok mérésére és az univerzum tágulásának mérésére. 1998 elején, a távoli Ia típusú szupernóvák megfigyeléseinek tucatjainak elemzését követően, a Berkeley Lab székhelyű Energiaügyi Minisztérium Supernova kozmológiai projekt tagjai, valamint az ausztráliai székhelyű High-Z Supernova kutatócsoportban levő versenytársaikkal bejelentették a meglepő felfedezést, miszerint az univerzum terjeszkedése felgyorsul.
A kozmológusok ezt követően megállapították, hogy az univerzum több mint kétharmadában egy titokzatos valami „sötét energia” elnevezésű anyag áll, amely kiterjeszti a teret és hajtja a gyorsuló terjeszkedést. De a sötét energiáról való további ismeretek sokkal távolabbi Ia típusú szupernóvák alapos tanulmányozásától függnek, beleértve annak jobb megismerését is, hogy milyen csillagrendszerek indítják őket.
Ábrázoló szerkezet spektropolarimetriával
Az SN 2002ic spektroszolarimetriája a IA típusú rendszer legfrissebb képét nyújtotta. A polarimetria a fényhullámok tájolását méri; például a Polaroid napszemüveg „méri” a vízszintes polarizációt, amikor blokkolják a sík felületekről visszavert fény egy részét. Egy olyan tárgyban, mint például a porfelhő vagy egy csillagrobbanás, a fény nem a felületek tükröződik, hanem részecskékből vagy elektronokból szétszórt.
Ha a porfelhő vagy robbanás gömb alakú és egyenletesen sima, akkor az összes tájolás egyenlően ábrázolva van, és a nettó polarizáció nulla. De ha az objektum nem gömb alakú - például lemez vagy szivar alakú -, akkor több fény oszlik meg bizonyos irányokban, mint másokban.
Még a megfigyelhető aszimmetriák esetén is a nettó polarizáció ritkán haladja meg az egy százalékot. Ezért az ESO spektroszkólarimetrikus műszerének kihívása volt a gyenge SN 2002ic mérése, még az erőteljes Nagyméretű Teleszkóp segítségével is. Néhány órányi megfigyelésbe esett négy különböző éjszaka, hogy megszerezzük a szükséges kiváló minőségű polarimetria és spektroszkópia adatokat.
A csapat megfigyelései majdnem egy évvel az SN 2002ic első észlelése után jelentkeztek. A szupernóva sokkal lágyabb lett, ám a hidrogénkibocsátó vonal hatszor fényesebb volt. A csillagászok spektroszkópiával megerősítették Hamuy és társai megfigyelését, miszerint a nagy sebességű robbanásból kifelé termelő ejekták körülvevő vastag, hidrogénben gazdag anyagokba kerültek.
Csak az új polarimetrikus tanulmányok mutatták ki, hogy ennek az anyagnak a nagy része vékony korong alakú volt. A polarizáció valószínűleg a robbanás során fellépő nagy sebességű ejecta kölcsönhatása miatt következett be a porrészecskékkel és az elektronokkal a lassabban mozgó környező anyagban. Mivel a hidrogénvezeték már a szupernóva első megfigyelése után felderült, az csillagászok arra a következtetésre jutottak, hogy a korong sűrű csomókat tartalmaz, és jóval a fehér törpe felrobbantása előtt volt a helyén.
"Ezek a megdöbbentő eredmények azt sugallják, hogy az SN 2002ic elődje rendkívül hasonló volt azokhoz a tárgyakhoz, amelyek a saját Tejútunk csillagászai számára is ismertek, nevezetesen a protoplanetáris ködök" - mondja Wang. Ezen ködök közül sok az aszimptotikus óriáság csillagok elszakadt külső héjainak maradványai. Az ilyen csillagok, ha gyorsan forognak, vékony, szabálytalan lemezeket dobnak le.
Időzítés kérdése
Ahhoz, hogy egy fehér törpe elegendő anyagot gyűjtsön a Chandrasekhar-határ eléréséhez, körülbelül egymillió évig tart. Ezzel szemben egy AGB csillag viszonylag gyorsan elveszíti a rengeteg anyagot; a protoplanetáris köd fázisa átmeneti, csak néhány száz vagy ezer évig tart, mielőtt a kiégett anyag szétesik. „Ez egy kicsi ablak - mondja Wang -, nem elég hosszú idő ahhoz, hogy a maradékmag (maga egy fehér törpe) elegendő anyagot készítsen újra felrobbanni.
Ennélfogva valószínűbb, hogy egy fehér törpe társ az SN 2002ic rendszerben már jóval azelőtt, hogy a köd kialakult, összegyűjtötte az anyagot. Mivel a protoplanetáris szakasz csak néhány száz évig tart, és feltételezve, hogy az Ia típusú szupernóva fejlődése általában millió évbe telik, az Ia típusú szupernóváknak csak körülbelül ezred része várhatóan hasonlít az SN 2002ic-re. Kevesebb még mindig fogja bemutatni sajátos spektrális és polarimetrikus tulajdonságait, bár „rendkívül érdekes lenne más Ia típusú szupernóvákat keresni kerek csillagokkal” - mondja Wang.
Mindazonáltal, mondja Dietrich Baade, a VLT-t használó polarimetriai projekt fő kutatója: "feltételezés, hogy az összes Ia típusú szupernóva lényegében azonos, ami lehetővé teszi az SN 2002ic megfigyeléseinek magyarázatát."
A csillagok evolúciójának különböző szakaszaiban lévő, különböző orbitális tulajdonságokkal rendelkező és különféle társaikkal rendelkező bináris rendszerek továbbra is hasonló robbanásokat idézhetnek elő, az akkreditációs modell révén. Baade megjegyzi: "Az SN 2002ic látszólag sajátos esete határozott bizonyítékot szolgáltat arra, hogy ezek a tárgyak valójában nagyon hasonlóak, amint azt a fénygörbék lenyűgöző hasonlósága sugallja."
A gáz és a por eloszlásának megmutatásával a spektroszolarimetria megmutatta, hogy az Ia típusú szupernóvak miért hasonlítanak egymáshoz, annak ellenére, hogy prekurzorrendszereik tömege, kora, evolúciós állapota és keringési ideje eltérhet annyira.
A Berkeley Lab az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának laboratóriuma, amely Kaliforniában, Berkeley-ben található. Besorolás nélküli tudományos kutatást végez, és a Kaliforniai Egyetem irányítja. Látogassa meg weboldalunkat a http://www.lbl.gov címen.
Eredeti forrás: Berkeley Lab sajtóközlemény
