Kép jóváírása: ESO
Az Európai Déli Megfigyelő Intézet Nagyon Nagy Teleszkópjának (VLT) által összegyűjtött új adatok azt mutatják, hogy a szupernóvák nem feltétlenül szimmetrikusak, amikor felrobbannak - fényerőjük attól függ, hogyan nézel rájuk. Ha világosabb vagy halványabb, attól függően, hogy miként nézi őket, akkor hibákat okozhat a távolságszámításban. Az új kutatás azonban azt jelzi, hogy idővel szimmetrikusabbak lesznek, ezért a csillagászoknak csak egy kicsit kell várniuk, mielőtt elvégzik számításukat.
Egy csillagászok nemzetközi csapata [2] új és nagyon részletesen megfigyelt egy szupernóvat egy távoli galaxisban az ESO Very Large Telescope (VLT) segítségével a Paranal Obszervatóriumban (Chile). Első alkalommal megmutatják, hogy egy bizonyos típusú szupernóva, amelyet egy „fehér törpe”, egy sűrű csillag tömegének robbanása okoz, amelynek tömege a Nap körül van, aszimmetrikus a tágulás kezdeti szakaszaiban.
Ennek a megfigyelésnek a jelentősége sokkal nagyobb, mint az első pillantásra tűnhet. Ez a fajta szupernóva, amelyet „Ia típusnak” neveznek, nagyon fontos szerepet játszik a világegyetem feltérképezésére irányuló jelenlegi kísérletekben. Régóta feltételezték, hogy az Ia típusú szupernóvák belső fényereje megegyezik, és becenevet szereznek nekik, mint a „normál gyertyák”.
Ha igen, az ilyen típusú supernovák megfigyelt fényerősségében mutatkozó különbségek egyszerűen csak a különféle távolságokat tükrözik. Ez, és az a tény, hogy ezeknek a szupernóváknak a legfelső fényereje a szülő galaxisukban lévő fényerővel lehetővé tette még a távoli galaxisok távolságának mérését is. Néhány nyilvánvaló eltérés, amelyet a közelmúltban fedeztek fel, a kozmikus gyorsulás felfedezéséhez vezetett.
Azonban az Ia típusú szupernóvaban a robbanás aszimmetriájának ez az első egyértelmű megfigyelése azt jelenti, hogy egy ilyen objektum pontos fényereje attól a szögtől függ, amelytől látni kell. Mivel ez a szög egyetlen adott szupernóva esetében ismeretlen, ez nyilvánvalóan bizonyos mértékű bizonytalanságot idéz elő az univerzum ilyen alapvető távolságméréseiben, amelyet a jövőben figyelembe kell venni.
Szerencsére a VLT-adatok azt is mutatják, hogy ha egy kicsit várakozik - ami megfigyelési szempontból lehetővé teszi, hogy mélyebben bemélyedjen a bővülő tűzgolyóra -, akkor gömbölyébbé válik. Ezért a szupernóvák távolságmeghatározása, amelyet ebben a későbbi szakaszban hajtanak végre, pontosabb lesz.
Supernova robbanások és kozmikus távolságok
Az Ia típusú szupernóva események során a Nap néhányszoros kezdeti tömegű csillagok maradványai (úgynevezett „fehér törpe csillagok”) felrobbannak, és semmi mást nem hagynak hátra, mint egy gyorsan növekvő „sztárság” felhőjét.
Az Ia típusú szupernóvak látszólag meglehetősen hasonlóak egymáshoz. Ez nagyon hasznos szerepet játszik számukra „szabványos gyertyákként”, amelyek felhasználhatók a kozmikus távolságok mérésére. A fényerősségük csúcspontja a szülő galaxisának a versenytársa, tehát elsődleges kozmikus mércének tekintik őket.
A csillagászok ezt a szerencsés körülményt használják fel világegyetemünk terjeszkedési történetének tanulmányozására. Nemrégiben arra az alapvető következtetésre jutottak, hogy az Univerzum egyre gyorsabban bővül, vö. ESO PR 21/98, 1998. december (lásd még a Supernova Acceleration Probe weboldalát).
Egy fehér törpe csillag robbanása
Az Ia típusú szupernóvák legszélesebb körben elfogadott modelljeiben a robbanás előtti fehér törpe csillag egy napsütéses társcsillagot kering, és néhány óránként forradalmat készít. A szoros kölcsönhatás miatt a társcsillag folyamatosan veszíti tömegét, amelynek egy részét a fehér törpe veszi fel (csillagászati terminológiában: „akkreditálva”).
A fehér törpe egy napenergia-típusú csillag utolsó előtti szakaszát képviseli. A magjában lévő nukleáris reaktorból már régen elfogyott az üzemanyag, és most inaktív. Ugyanakkor egy bizonyos ponton a felhalmozódó anyag súlya annyira megnöveli a nyomást a fehér törpe belsejében, hogy a benne levő hamu meggyullad, és még nehezebb elemekké alakul. Ez a folyamat nagyon gyorsan ellenőrizetlenné válik, és egy drámai esemény során az egész csillagot darabokra fújják. Rendkívül forró tűzgolyó látható, amely gyakran túlmutat a fogadó galaxison.
A robbanás alakja
Noha az összes Ia típusú szupernóva meglehetősen hasonló tulajdonságokkal rendelkezik, eddig még nem volt világos, milyen hasonló jelenik meg egy ilyen esemény azoknak a megfigyelőknek, akik különböző irányokból nézik meg őket. Az összes tojás ugyanabból a szögből nézve hasonló és megkülönböztethetetlen egymástól, de az oldalnézet (ovális) nyilvánvalóan eltér a végnézetből (kerek).
És valóban, ha az Ia típusú szupernóva-robbanások aszimmetrikusak, akkor különböző fényerővel különféle irányban ragyognak. A különböző szupernóvák megfigyeléseit - különféle szögekben látva - tehát nem lehetett közvetlenül összehasonlítani.
Ha nem ismeri ezeket a szögeket, akkor a csillagászok ekkor hibás távolságokat következtetnek be, és kérdéses lenne az univerzum szerkezetének mérésére szolgáló alapvető módszer pontossága.
Polarimetria a mentéshez
Egy egyszerű számítás azt mutatja, hogy még a VLT Interferométer (VLTI) sasszeméhez is, minden kozmológiai távolságon belüli szupernóva megoldatlan fénypontként jelenik meg; egyszerűen túl messze vannak. De van egy másik módszer annak meghatározására is, hogy milyen szögben néz ki egy adott szupernóva: a polarimetria a trükk neve!
A polarimetria a következőképpen működik: a fény elektromágneses hullámokból (vagy fotonokból) áll, amelyek bizonyos irányban (síkban) rezgnek. A fény visszatükröződése vagy szórása az elektromos és a mágneses mezők bizonyos orientációit részesíti előnyben a többiekkel szemben. Ez az oka annak, hogy a polarizáló napszemüveg kiszűrheti a tó tükröző napfény csillogását.
Amikor a fény szétszóródik a szupernóva kiterjedő törmelékein, az információ megőrzi a szétszórt rétegek tájolását. Ha a szupernóva gömbszimmetrikus, akkor az összes orientáció egyenlően van jelen és átlagban ki, tehát nettó polarizáció nem lesz. Ha azonban a gázház nem kerek, akkor a lámpára enyhe nettó polarizáció kerül.
"Még a figyelemre méltó aszimmetriák esetén a polarizáció nagyon kicsi és alig haladja meg az egy százalékot" - mondta Dietrich Baade, az ESO csillagászja és a megfigyeléseket végző csapat tagja. „Mérésükhöz nagyon érzékeny és nagyon stabil eszköz szükséges. ”
Az eltérések gyenge és távoli fényforrásokban történő mérése kevesebb mint egy százalék szintjén jelentős megfigyelési kihívás. „Az ESO Nagyon Nagy Teleszkóp (VLT) azonban a pontosságot, a fénygyűjtő erőt, valamint az ilyen igényes polarimetrikus megfigyeléshez szükséges speciális műszereket kínálja” - magyarázza Dietrich Baade. „De ez a projekt nem lett volna lehetséges, ha a VLT-t szerviz üzemmódban nem működtetnék. Valójában lehetetlen megjósolni, hogy mikor robban fel a szupernóva, és mindig készen kell állnunk. Csak a szervizmód lehetővé teszi rövid távú megfigyeléseket. Néhány évvel ezelőtt az ESO igazgatósága előrelátó és bátor döntést hozott, hogy annyira nagy hangsúlyt fektet a Szolgáltatásmódra. És a hozzáértő és odaadó ESO csillagászok csapata tette ezt a koncepciót gyakorlati sikerré ”- tette hozzá.
A csillagászok [1] a VLT multi-mode FORS1 műszerrel figyelték meg az SN 2001el, egy Ia típusú szupernóva jelenlétét, amelyet 2001 szeptemberében fedeztek fel az NGC 1448 galaxisban, vö. PR Photo 24a / 03 60 millió fényév távolságban.
Körülbelül egy héttel azelőtt, hogy ez a szupernóva október 2. körül elérte a maximális fényerőt, megfigyeltük, hogy a polarizáció 0,2–0,3% -os (PR Photo 24b / 03). A maximális fény közelében és két héttel később a polarizáció még mindig mérhető volt. Hat héttel a maximum után a polarizáció a detektálhatóság alá esett.
Ez az első alkalom, amikor egy normál Ia típusú szupernóva ilyen egyértelmû bizonyítékkal rendelkezik az aszimmetriáról.
Mélyebben nézve a szupernóvába
Közvetlenül a szupernóva robbanás után a kiutasított anyag nagy része 10 000 km / sec körüli sebességgel mozog. A kiterjesztés során a legkülső rétegek fokozatosan átláthatóbbá válnak. Idővel tehát mélyebbre és mélyebbre nézhet a szupernóva.
Az SN 2001el során mért polarizáció tehát bizonyítékot szolgáltat arra, hogy a szupernóva legkülső részei (amelyek először láthatók) jelentősen aszimmetrikusak. Később, amikor a VLT megfigyelések „behatolnak” mélyebben a szupernóva szívébe, a robbanásgeometria egyre szimmetrikusabb.
Ha lapos gömb alakúvá modellezzük, akkor az SN 2001elben mért polarizáció 0,9 körüli kisebb-nagyobb tengelyhez viszonyítva azt jelenti, hogy a maximális fényerőt el nem érjük, és gömb alakú szimmetrikus geometriáját kb.
Kozmológiai következmények
Az egyik kulcsfontosságú paraméter, amelyen az Ia típusú távolság becslése alapul, a maximális optikai fényerő. A mért aszfericitás ebben a pillanatban körülbelül 10% abszolút fényerő-bizonytalanságot (szétszóródást) eredményezne, ha a látószöget nem korrigálnák (ami nem ismert).
Míg az Ia típusú szupernóvák messze a legjobb standard gyertyák a kozmológiai távolságok mérésére és ezáltal az úgynevezett sötét energia vizsgálatára, továbbra is fennáll a kis mérési bizonytalanság.
"Az aszimmetria, amelyet az SN 2001el-ben mértünk, elég nagy ahhoz, hogy megmagyarázza ennek a belső bizonytalanságnak a nagy részét" - mondja Lifan Wang, a csapat vezetője. „Ha az összes Ia típusú szupernóva ilyen, akkor a fényerő mérésekor nagy a szóródás. Lehet, hogy még egységesebbek is, mint gondoltuk. "
A fényeloszlás mérésén keresztüli diszperzió csökkentését természetesen az általunk megfigyelt szupernóvak számának jelentős növelésével is elérhetjük, de mivel ezek a mérések a világ legnagyobb és legdrágább távcsöveit igénylik, mint például a VLT, ez nem a leghatékonyabb módszer.
Így ha a helyett egy vagy két héttel a maximális érték után mért fényerőt használnánk, akkor a gömbképesség helyreállna, és az ismeretlen látószögből nem lenne szisztematikus hiba. A megfigyelési eljárás ezen kismértékű megváltoztatásával az Ia típusú szupernóvák még megbízhatóbb kozmikus mércékké válhatnak.
Elméleti vonatkozások
A polarizált spektrumjellemzők jelenlegi felismerése erősen azt sugallja, hogy a mögöttes fizika megértéséhez az Ia típusú szupernóvák eseményének elméleti modellezését mindhárom dimenzióban pontosabban kell elvégezni, mint jelenleg. Valójában a rendelkezésre álló, rendkívül összetett hidrodinamikai számítások eddig nem voltak képesek reprodukálni az SN 2001el által kitett szerkezeteket.
Több információ
Az ebben a sajtóközleményben bemutatott eredményeket egy „Astrophysical Journal” kutatási cikk írja le („SN 2001el spektrolarimetriája az NGC 1448-ban: Normál Ia típusú szupernóva aszférikussága”, Lifan Wang és társszerzői, 591. kötet, p.) 1110).
Megjegyzések
[1]: Ez egy koordinált ESO / Lawrence Berkeley Nemzeti Laboratórium / Univ. a Texas sajtóközleményének. Az LBNL sajtóközlemény itt érhető el.
[2]: A csapat tagjai: Lifan Wang, Dietrich Baade, Peter H? Flich, Alexei Khokhlov, J. Craig Wheeler, Daniel Kasen, Peter E. Nugent, Saul Perlmutter, Claes Fransson és Peter Lundqvist.
Eredeti forrás: az ESO sajtóközleménye
