A csillagászok azt hitték, hogy az összes 1a. Típusú szupernóva lényegében azonos fényerővel rendelkezik. Ez problémát jelent, mivel az ilyen szupernóvákat szokásos gyertyákként használják az univerzum távolságának meghatározására. Legutóbb ezeket a szupernóvákat használták a sötét energianek nevezett titokzatos erő kiszámításához, amely úgy tűnik, hogy felgyorsítja az Univerzum terjeszkedését.
A SuperNova Legacy Felméréssel (SNLS) kapcsolatban álló tudósok csoportja megdöbbentő bizonyítékokat talált arra, hogy többféle Ia típusú szupernóva létezik, amely a felrobbanó csillagok osztálya eddig minden szempontból lényegében egységesnek tekinthető. A Supernova SNLS-03D3bb több mint kétszer olyan fényes, mint a legtöbb Ia típusú szupernóva, de sokkal kevesebb kinetikus energiával rendelkezik, és úgy tűnik, hogy ismét fele olyan hatalmas, mint egy tipikus Ia típusú.
A Nature szeptember 21-i számában megjelenő jelentés vezető szerzői között szerepel Andrew Howell, korábban a Lawrence Berkeley Nemzeti Laboratórium fizikai osztálya és most a Torontói Egyetem, valamint Peter Nugent, az asztrofizikus a Berkeley Lab számítástechnikai kutatásában. Osztály. Egyéb vezető szerzők: Mark Sullivan a torontói egyetemen és Richard Ellis a kaliforniai Technológiai Intézetből. Ezek és a Nature cikk többi szerzője a Bernoley Lab székhelyű Supernova kozmológiai projekt tagjai.
Mivel szinte az összes Ia típusú szupernóva, amely eddig megtalálható, nemcsak figyelemre méltóan világos, hanem fényességében is rendkívül egységes, a kozmológiai távolságokon történő méréshez a legjobb csillagászati „standard gyertyáknak” tekintik őket. 1998-ban, sok távoli Ia típusú szupernóva megfigyelése után, a Supernova kozmológiai projekt és a rivális High-Z Supernova kutatócsoport bejelentette felfedezésüket, hogy az univerzum terjeszkedése felgyorsul - ez egy olyan megállapítás, amelyet hamarosan az ismeretlennek tulajdonítanak valami sötétnek. energia, amely kitölti az univerzumot és ellenzi az anyag kölcsönös gravitációs vonzását.
"Úgy gondolják, hogy az Ia típusú szupernóvák megbízható távolságmérők, mivel szokásos üzemanyagmennyiségük van - a szén és az oxigén egy fehér törpe csillagban vannak -, és egyenletes triggerrel rendelkeznek" - mondja Nugent. „Előrejelzésük szerint felrobbannak, amikor a fehér törpe tömege megközelíti a Chandrasekhar tömeget, amely körülbelül 1,4-szerese a napunk tömegének. Az a tény, hogy az SNLS-03D3bb jóval meghaladja ezt a tömeges fajtát, megnyitja a Pandora dobozát.
Miért a legtöbb Ia típusú szupernóva azonos?
A szupernóva típusok osztályozása spektrumuk alapján történik. Az Ia típusú spektrumok nem tartalmaznak hidrogénvonalakat, de vannak szilícium abszorpciós vonaluk, ami utal a robbanások kémiai jellemzőire. Az Ia típusú szupernóvák fehér törpének őstermékei, amelyek általában a nap tömegének kb. Kétharmadát teszik ki, úgy gondolják, hogy további tömeget generálnak egy bináris társtól, amíg el nem érik a Chandrasekhar-határértéket. A növekvő nyomás miatt a csillag közepén lévő szén és oxigén megolvad, és az elemeket nikkelig termeli a periódusos rendszer; az ebben a folyamatban felszabaduló energia darabokra fújja a csillagot egy titán termonukleáris robbanás során.
Néhány eltérést megfigyeltek az Ia típusú szupernóvákban, de ezek többnyire összeegyeztethetők. Az Ia fényesebb típusok hosszabb időt vesznek igénybe a maximális fényerő eléréséhez, és hosszabb ideig csökkennek. Amikor az egyes fénygörbék idő skáláit meghosszabbítják, hogy azok megfeleljenek a normának, és a fényerőt a nyújtás szerint skálázják, az Ia típusú fénygörbék megegyeznek.
A fényerő-különbségek oka lehet a progenitorok eltérő szén- és oxigénarányainak, amelyek eltérő végső nikkelmennyiséget eredményeznek a robbanás során. A nikkel radioaktív bomlása kobalttá és ezután vasvá alakítja az Ia típusú szupernóvák optikai és közeli infravörös fénygörbéit. A látszólagos fényerő különbségei is lehetnek az aszimmetria termékei; az egyik szögből nézve a robbanás enyhén tompíthat, mint a másik.
Ezen lehetséges különbségek egyike sem elégséges ahhoz, hogy megmagyarázza a szupernóva SNLS-03D3bb extrém fényerősségét - ami túlságosan is világos ahhoz, hogy a fénygörbe „nyúlik”. Sőt, a legtöbb fényesebb supernovában a robbanásból kilövött anyag nagyobb sebességgel halad; vagyis ezeknek a robbanásoknak több kinetikus energiája van. De az SNLS-03D3bb ejecta szokatlanul lassú volt.
"Andy Howell összetette a kettőt és rájött, hogy az SNLS-03D3bb-nek szuper-Chandrasekhar tömeggel kell rendelkeznie" - mondja Nugent.
A bizonyítékok tömege
Az egyik nyom az extra fényerő eléréséhez szükséges elemek voltak. „Az Ia típusú energiában a szén és az oxigén nehezebb elemek, például a nikkel 56 elégetése következik be” - mondja Nugent. „A normál fényerősségű Ia típusú napenergia tömege körülbelül 60% -át teszi ki az 56 nikkel, a többi egyéb elemek. Az SNLS-03D3bb azonban kétszer olyan fényes, mint a normál; több mint kétszer annyi nikkelnek kell lennie. 56. Az egyetlen módja annak, hogy egy elődjével 50% -kal hatalmasabb erőfeszítést kapjunk, mint a Chandrasekhar-tömeg. ”
A másik tényező az SNLS-03D3bb ejektájának lassúsága, amelyet észleltünk a spektrum elemi vonalainak eltolódásában. A szupernóva kilökődés sebessége a robbanás során felszabaduló kinetikus energiától függ, amely a termonukleáris égés során felszabaduló energia különbsége, levonva a kötőenergiát, amely a csillagot együtt tartja, a csillag tömegének függvényében. Minél tömegebb a csillag, annál lassabb a kilökődés.
De hogyan lehet egy szén-oxigén progenitor felhalmozódni a Chandrasekhar-határértéknél nagyobb tömeg felrobbanása nélkül? Lehetséges, hogy egy nagyon gyorsan forgó csillag hatalmasabb lehet. Lehetséges az is, hogy két fehér törpe, amelyek együttes tömege jóval meghaladja a Chandrasekhar-határot, összecsaphat és felrobbanhat.
Nugent azt mondja: „Az egyik nyom származott társainktól, Mark Sullivan-tól, aki az SNLS adataiban már két különálló arányt talált az Ia típusú szupernóva előállításához. Nyersen bonthatók azokba, amelyek a fiatal csillagképző galaxisokból és a régi, halott galaxisokból származnak. Tehát van arra utaló jel, hogy lehet két Ia típusú populáció, kétféle progenitorral és két különböző robbanási úttal. "
A régi, halott galaxisokban még a legnagyobb csillagok kicsik is - magyarázza Nugent. Az Ia típusú szupernóvák egyetlen lehetséges típusa ezekben a galaxisokban valószínűleg a bináris rendszerű, tömegesen növekvő, Chandrasekhar-tömeg típusú. A fiatal csillagképző galaxisok viszont hatalmas tárgyakat produkálnak, és gazdag fehér-törpe plusz fehér-törpe bináris rendszerekben, úgynevezett „kettős degenerálódású” rendszerekben lehetnek.
"Ha a kettős degenerációval rendelkező modell helyes, az ilyen rendszerek mindig szuper-Chandrasekhar robbanásokat hoznak létre ezekben a nagyon fiatal galaxisokban" - mondja Nugent.
A fiatal galaxisok nagyobb valószínűséggel a korai világegyetemben találhatók, tehát nagyobb távolságra. Mivel a távoli Ia típusú szupernóvák döntő jelentőségűek a sötét energia fejlődésének mérésére irányuló erőfeszítések során, alapvető fontosságú az Ia típusú szupernóvák azonosítása, amelyek nem felelnek meg a Chandrasekhar-tömeg modellnek. Ezt könnyű megtenni egy olyan páratlan Ia típusnál, mint az SNLS-03D3bb, de nem minden Super-Chandrasekhar szupernóva lehet ilyen nyilvánvaló.
„A szuper-Chandrasekhar szupernóvák kimutatásának egyik módja az ejecta sebesség mérése és a fényerő összehasonlítása. Egy másik módszer több spektrum felvétele, ahogy a fénygörbe alakul ki. Sajnos a spektrumok figyelembevétele a legnagyobb költség a sötét energia tanulmányozása során ”- mondja Nugent. "A kísérletek tervezőinek hatékony módszereket kell találniuk a szuper-Chandrasekhar szupernóvák eltávolítására mintáikból."
A variációk modellezése
A Nugent és Richard Ellis társszerzője, a nagy szupernóvák adatbázisával eredetileg megkereste Sullivanot és az SNLS többi tagját, részben abban reménykedett, hogy gyors és megbízható módszert dolgozzon ki az Ia típusú szupernóva jelöltjeinek a kozmológiai kutatásokhoz. A Berkeley Lab székhelyű Nemzeti Energiakutatási Tudományos Számítógépes Központban (NERSC) dolgozva a Nugent kifejlesztett egy algoritmust, amely maroknyi fotometrikus adatpontot képes felvenni a jelölt szupernóva fejlődésének korai szakaszában, pozitívan azonosítani azt Ia típusúvá, és pontosan megjósolni a maximális fényerő ideje.
Az egyik Ia ilyen módon tanulmányozott elem maga maga az SNLS-03D3bb volt. "Olyan magas a jel-zaj aránya, hogy a vöröseltolódást figyelembe vesszük, így már a kezdetektől kellett volna feltételeznünk, hogy szokatlan szupernóva lesz" - mondja Nugent.
Nugent izgalmas perspektívának tekinti az első demonstrálható szuper-Chandrasekhar szupernóva felfedezését: „1993 óta először” - amikor a fényerő és a fény-görbe alak kapcsolatát fejlesztették ki - „most erős irányunk van a következő keresésére. paraméter, amely leírja az Ia típusú szupernóva fényerejét. Ez a kutatás sokkal jobb megértéshez vezethet elődeik és a szisztematika szempontjából, hogy kozmológiai próbákként használjuk őket. "
Ez a megértés a Számítógépes asztrofizikai konzorcium egyik fő célja, amelyet Stan Woosley vezet a Kaliforniai Egyetemen a Santa Cruzban, és amelyet az Energiaügyi Minisztérium Tudományos Irodája támogat a Nugent által a Tudományos Felfedezés Fejlett Számítástechnika (SciDAC) program révén. és John Bell a Számítástechnikai Kutatási Osztályból és a NERSC vezető partnerei között.
„Chandrasekhar 1931-es csillagösszeomlási modellje elegáns és erőteljes volt; ez a Nobel-díjat nyerte el ”- mondja Nugent. „De ez egy egyszerű, egydimenziós modell volt. A forgatás hozzáadásával meghaladhatja a Chandrasekhar tömeget, ahogy maga is felismerte. ”
A szuperszámítógépekkel már most elérhető szupernóvák 2-és 3-D modelljeivel - mondja a Nugent - a természet lehetőségeinek szélesebb körét lehet tanulmányozni. „Ez a SciDAC projektünk célja, hogy a legjobb modelleket és a legjobb megfigyelési adatokat kapjuk, és azokat összekapcsoljuk a viasz teljes gömbjének kitolására. A projekt végén mindent megtudunk, amiben tudunk mindenfajta Ia típusú szupernóvát. "
„Egy Ia típusú szupernóva egy Super-Chandrasekhar tömegű fehér törpe csillagból”, írta: D. 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 és Christopher J. Pritchett megjelenik a Nature and Science szeptember 21-i számában. online elérhető az előfizetők számára.
A Berkeley Lab egy 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: LBL sajtóközlemény
