Attēla kredīts: LBL
Izmērot polarizētu gaismu no neparasti eksplodējošas zvaigznes, starptautiska astrofiziķu un astronomu komanda ir izstrādājusi pirmo detalizēto Ia tipa supernovas attēlu un atšķirīgo zvaigžņu sistēmu, kurā tā eksplodēja.
Izmantojot Eiropas Dienvidu observatorijas ļoti lielo teleskopu Čīlē, pētnieki noteica, ka supernova 2002ic eksplodēja plakanā, blīvā, neķītrajā putekļu un gāzes diskā, kas iepriekš bija izpūsts no zvaigznes pavadoņa. Viņu darbs liek domāt, ka šis un daži citi Ia tipa supernovu priekšgājēji atgādina objektus, kas pazīstami kā protoplanetārie miglāji, labi zināmi mūsu pašu Piena ceļa galaktikā.
Lifans Vangs no Lorensa Bērklija Nacionālās laboratorijas, Eiropas Dienvidu observatorijas (ESO) Dītriha Baade, Pīters Hofičs un Dž. Kregs Vellers no Teksasas Universitātes Ostinā, Japānas Nacionālās astronomiskās observatorijas Koji Kawabata un Keniči. Tokijas Universitātes Nomoto ziņo par saviem atklājumiem Astrophysical Journal Letters 2004. gada 20. marta numurā.
Lielo supernovu veidošana
Supernovas tiek marķētas atbilstoši to spektros redzamajiem elementiem: I tipa spektros trūkst ūdeņraža līniju, savukārt II tipa spektros ir šīs līnijas. SN 2002ic neparastu padara tas, ka tā spektrs citādi atgādina tipisku Ia tipa supernovu, bet uz tā ir izteikta ūdeņraža emisijas līnija.
II tips un dažas citas supernovas rodas, sabrūkot un eksplodējot ļoti masīvu zvaigžņu kodoliem, atstājot aiz sevis ārkārtīgi blīvas neitronu zvaigznes vai pat melnos caurumus. Ia tipa supernovas tomēr eksplodē ar pavisam citu mehānismu.
“Ia tipa supernova ir metāla ugunsbumba,” skaidro Berkeley Lab’s Wang, pionieris supernovas spektropolarimetrijas jomā. Ia tipam nav ūdeņraža vai hēlija, bet daudz dzelzs, kā arī radioaktīvais niķelis, kobalts un titāns, nedaudz silīcija un nedaudz oglekļa un skābekļa. Tātad vienam no tās priekštečiem jābūt vecai zvaigznei, kas ir attīstījusies, atstājot aiz sevis oglekļa-skābekļa balto punduri. Bet ogleklis un skābeklis kā kodoldegviela viegli nedeg. Kā baltais punduris var eksplodēt? ”
Visplašāk pieņemtie Ia tipa modeļi pieņem, ka baltais punduris - aptuveni Zemes izmērs, bet aizpildot lielāko daļu Saules masas - uzkrāj vielas no orbītā pavadoņa, līdz tas sasniedz 1,4 saules masas, kas pazīstamas kā Čandrasekaras robeža. Tagad superdense baltais punduris aizdegas varenā termoelektronikas eksplozijā, atstājot neko citu kā tikai stardust.
Citas shēmas ietver divu baltu punduru apvienošanu vai pat vientuļu baltu punduru apvienošanos, kas atkārtoti akcentē jaunākā cilvēka noplūdi. Neskatoties uz meklēšanu trīs gadu desmitos, līdz SN 2002ic atklāšanai un sekojošajiem spektrolarimetriskajiem pētījumiem nevienam modelim nebija pārliecinošu pierādījumu.
2002. gada novembrī Maikls Vuds-Vasejs un viņa kolēģi Berkeley laboratorijā, kas atrodas blakus esošās Supernovas rūpnīcas Enerģētikas departamentā, ziņoja par SN 2002ic atklāšanu, neilgi pēc tam, kad tā eksplozija tika atklāta gandrīz miljarda gaismas gadu attālumā anonīmā galaktikā zvaigznājs Zivis.
2003. gada augustā Mario Hamuy no Kārnegi observatorijas un viņa kolēģi ziņoja, ka SN 2002ic bagātīgās ar ūdeņradi bagātinātās gāzes avots, visticamāk, bija tā sauktā zvaigzne Asimptotiskā milzu filiāle (AGB), zvaigzne pēdējās fāzēs. tā mūžs ar trīs līdz astoņas reizes lielāku saules masu - tieši tāda veida zvaigzne, kas pēc tam, kad tā ir izpūtusi ārējos ūdeņraža, hēlija un putekļu slāņus, atstāj baltu punduri.
Turklāt šī šķietami pretrunīgā supernova - Ia tips ar ūdeņradi - faktiski bija līdzīga citām ar ūdeņradi bagātajām supernovām, kuras iepriekš apzīmēja ar IIn tipu. Tas savukārt liek domāt, ka, lai arī Ia tipa supernovas patiešām ir ārkārtīgi līdzīgas, to priekštečiem var būt lielas atšķirības.
Tā kā Ia tipa supernovas ir tik līdzīgas un tik spilgtas - tik spilgtas vai gaišākas nekā veselas galaktikas -, tās ir kļuvušas par vissvarīgākajām astronomiskajām standarta svecēm kosmisko attālumu mērīšanai un Visuma paplašināšanai. 1998. gada sākumā, analizējot desmitiem tālu Ia tipa supernovu novērojumu, Enerģētikas departamenta Supernovas kosmoloģijas projekta locekļi, kas atrodas Berklija laboratorijā, kopā ar konkurentiem Austrālijā bāzētajā High-Z Supernova meklēšanas komandā paziņoja par pārsteidzošo atklājumu, ka Visuma paplašināšanās paātrinās.
Pēc tam kosmologi secināja, ka vairāk nekā divas trešdaļas Visuma sastāv no noslēpumaina kaut kas saukts par “tumšo enerģiju”, kas stiepj telpu un virza paātrinošo izplešanos. Bet, lai uzzinātu vairāk par tumšo enerģiju, būs nepieciešams rūpīgs daudz attālāku Ia tipa supernovu izpēte, ieskaitot labākas zināšanas par to, kādas zvaigžņu sistēmas tās iedarbina.
Attēla struktūra ar spektropolarimetriju
SN 2002ic spektropolarimetrija pagaidām sniedz visdetalizētāko Ia tipa sistēmas attēlu. Polarimetrija mēra gaismas viļņu orientāciju; piemēram, Polaroid saulesbrilles “mēra” horizontālo polarizāciju, kad tās bloķē daļu gaismas, ko atstaro no plakanām virsmām. Objektā, piemēram, putekļu mākonī vai zvaigžņu sprādzienā, gaisma tomēr netiek atstarota no virsmām, bet izkliedēta no daļiņām vai elektroniem.
Ja putekļu mākonis vai sprādziens ir sfērisks un vienmērīgi gluds, visas orientācijas ir vienādi attēlotas un neto polarizācija ir nulle. Bet, ja priekšmets nav sfērisks - piemēram, ar disku vai cigāru, - dažos virzienos svārstīsies vairāk gaismas nekā citos.
Pat diezgan pamanāmas asimetrijas gadījumā neto polarizācija reti pārsniedz vienu procentu. Tāpēc tas bija izaicinājums ESO spektropolarimetrijas instrumentam izmērīt vāju SN 2002ic, pat izmantojot jaudīgo ļoti lielo teleskopu. Nepieciešamās augstas kvalitātes polarimetrijas un spektroskopijas datu iegūšana prasīja vairākas stundas četrās dažādās naktīs.
Komandas novērojumi notika gandrīz gadu pēc tam, kad SN 2002ic tika atklāts pirmo reizi. Supernova bija kļuvusi daudz gludāka, tomēr tās ievērojamā ūdeņraža emisijas līnija bija sešas reizes gaišāka. Ar spektroskopijas palīdzību astronomi apstiprināja Hamuija un viņa līdzgaitnieku novērojumu, ka izmešana, kas lielā ātrumā izplešas no eksplozijas, ir nokļuvusi apkārtējā biezā, ar ūdeņradi bagātā vielā.
Tomēr tikai jaunie polarimetriskie pētījumi varēja atklāt, ka lielākā daļa šīs lietas ir veidota kā plāns disks. Polarizācija, visticamāk, bija saistīta ar ātrgaitas izmetes mijiedarbību no sprādziena ar putekļu daļiņām un elektroniem lēnāk pārvietojošajā apkārtējā vielā. Sakarā ar to, kā ūdeņraža līnija bija spilgtāka jau ilgi pēc supernovas novērošanas, astronomi secināja, ka diskā bija blīvi pikas un tas bija izveidojies krietni pirms baltā pundura eksplozijas.
"Šie satriecošie rezultāti liek domāt, ka SN 2002ic priekštecis bija ārkārtīgi līdzīgs objektiem, kas ir pazīstami astronomiem mūsu Piena Ceļā, proti, protoplanetāriem miglājiem," saka Vangs. Daudzi no šiem miglājiem ir asimptotisko milzu zaru zvaigžņu izpūsto ārējo čaulu paliekas. Šādas zvaigznes, ātri rotējot, izmet plānus, neregulārus diskus.
Laika jautājums
Aptuveni miljons gadu prasa, lai baltais punduris savāktu pietiekami daudz materiāla, lai sasniegtu Chandrasekhar robežu. Turpretī AGB zvaigzne salīdzinoši ātri zaudē lielu daudzumu matērijas; protoplanetārā miglāja fāze ir pārejoša un ilgst tikai dažus simtus vai tūkstošus gadu, pirms izpūstā viela izklīst. "Tas ir mazs logs," saka Vangs, nepietiekami ilgs laiks, lai palikušais kodols (pats baltais punduris) varētu atkārtoti uzkrāt pietiekami daudz materiāla, lai eksplodētu.
Tādējādi ir daudz ticamāk, ka baltā pundura pavadonis SN 2002ic sistēmā jau bija intensīvi savācis matēriju ilgi pirms miglāja veidošanās. Tā kā protoplanetārā fāze ilgst tikai dažus simtus gadu un, pieņemot, ka Ia tipa supernovas attīstība parasti prasa miljonu gadu, ir sagaidāms, ka tikai aptuveni tūkstošdaļa no visām Ia tipa supernovām atgādinās SN 2002ic. Mazāk joprojām parādīs tās īpašās spektrālās un polarimetriskās iezīmes, lai arī “būtu ārkārtīgi interesanti meklēt citas Ia tipa supernovas ar apļveida elementiem”, Vangs saka.
Neskatoties uz to, saka Dietrich Baade, galvenais polarimetrijas projekta, kas izmantoja VLT, pētnieks, "tas ir pieņēmums, ka visas Ia tipa supernovas principā ir vienādas, kas ļauj izskaidrot SN 2002ic novērojumus."
Binārās sistēmas ar atšķirīgām orbītas īpašībām un dažāda veida pavadoņiem dažādos zvaigžņu evolūcijas posmos joprojām var izraisīt līdzīgus sprādzienus, izmantojot akrācijas modeli. Baade atzīmē: "Šķietami savdabīgais SN 2002ic gadījums sniedz pārliecinošus pierādījumus tam, ka šie objekti patiesībā ir ļoti līdzīgi, kā liecina to gaismas līkņu satriecošā līdzība."
Parādot gāzes un putekļu sadalījumu, spektropolarimetrija parādīja, kāpēc Ia tipa supernovas ir tik līdzīgas, kaut arī to prekursoru sistēmu masa, vecums, evolūcijas stāvokļi un orbītas var tik ļoti atšķirties.
Berkeley Lab ir ASV Enerģētikas departamenta nacionālā laboratorija, kas atrodas Berklijā, Kalifornijā. Tas veic neklasificētus zinātniskos pētījumus, un to pārvalda Kalifornijas universitāte. Apmeklējiet mūsu vietni http://www.lbl.gov.
Oriģinālais avots: Berkeley Lab ziņu izlaidums
