Astronomi parasti uzskatīja, ka visām 1.a tipa supernovām būtībā ir vienāds spilgtums. Tā ir problēma, jo šāda veida supernovas tiek izmantotas kā standarta sveces, lai noteiktu attālumus visā Visumā. Pavisam nesen šīs supernovas tika izmantotas, lai aprēķinātu noslēpumaino spēku, ko sauc par tumšo enerģiju, kas, šķiet, paātrina Visuma paplašināšanos.
Zinātnieku grupa, kas saistīta ar SuperNova Legacy Survey (SNLS), ir atradusi satriecošus pierādījumus tam, ka ir vairāk nekā viens Ia tipa supernovas veids - eksplodējošu zvaigžņu klase, kas līdz šim visos nozīmīgos aspektos tika uzskatīta par būtībā vienveidīgu. Supernova SNLS-03D3bb ir vairāk nekā divas reizes spilgtāks nekā vairums Ia tipa supernovu, taču tai ir daudz mazāka kinētiskā enerģija, un tā, šķiet, atkal ir uz pusi masīvāka nekā tipiska Ia tipa.
Galvenie ziņojuma autori, kas parādās Nature 21. septembra numurā, ietver Endrjū Hovelu, kurš agrāk bija no Fizikas nodaļas Lawrence Berkeley Nacionālajā laboratorijā un tagad Toronto Universitātē, un Peter Nugent, astrofiziķi ar Berkeley Lab's Computational Research. Nodaļa. Citi galvenie autori ir Marks Sulivans no Toronto Universitātes un Ričards Elliss no Kalifornijas Tehnoloģiju institūta. Šie un daudzi citi Dabas darba autori ir Bernoley laboratorijā bāzētā supernovas kosmoloģijas projekta dalībnieki.
Tā kā gandrīz visas līdz šim atrastās Ia tipa supernovas ir ne tikai izcili spilgtas, bet arī spilgti vienveidīgas, tās tiek uzskatītas par labākajām astronomiskajām “standarta svecēm” mērījumiem kosmoloģiskos attālumos. 1998. gadā pēc daudzu tālu Ia tipa supernovu novērojumiem Supernova kosmoloģijas projekts un konkurējošā High-Z Supernova meklēšanas komanda paziņoja par savu atklājumu, ka Visuma paplašināšanās paātrinās - atradums, kas drīz tiks attiecināts uz nezināmo, ko sauc par tumšo. enerģija, kas piepilda Visumu un pretojas matērijas savstarpējai gravitācijas pievilcībai.
“Tiek uzskatīts, ka Ia tipa supernovas ir ticami attāluma rādītāji, jo tām ir standarta degvielas daudzums - ogleklis un skābeklis baltā pundurzvaigznē - un tām ir vienmērīgs sprūda slieksnis,” saka Nugent. “Paredzams, ka tie eksplodēs, kad baltā pundura masa tuvosies Čandrasekhara masai, kas ir apmēram 1,4 reizes lielāka par mūsu saules masu. Fakts, ka SNLS-03D3bb ir krietni pārspēj šo masu, atver Pandoras kasti. ”
Kāpēc vairums Ia tipa supernovu ir vienādi
Supernovas tipu klasifikācija balstās uz to spektriem. Ia tipa spektros nav ūdeņraža līniju, bet tām ir silīcija absorbcijas līnijas, kas norāda uz to sprādzienu ķīmiju. Tiek uzskatīts, ka Ia tipa supernovu balto punduru priekšteči, parasti apmēram divas trešdaļas no saules masas, no binārā pavadoņa uzkrāj papildu masu, līdz tie tuvojas Čandrasekara robežai. Palielinoties spiedienam, ogle un skābeklis zvaigznes centrā saplūst, veidojot periodiskā tabulā elementus līdz niķelim; šajā procesā izdalītā enerģija zvaigzni sadala gabalos titāniskā kodoltermiskā sprādzienā.
Ir novērotas dažas izmaiņas Ia tipa supernovās, taču tās lielākoties ir savietojamas. Spilgtākam Ia veidam nepieciešams ilgāks laiks, lai sasniegtu maksimālo spilgtumu, un ilgāks, lai samazinātu. Kad atsevišķu gaismas līkņu laika skalas tiek izstieptas, lai tās atbilstu normai, un spilgtums tiek samazināts atbilstoši joslai, Ia tipa gaismas līknes sakrīt.
Spilgtuma atšķirības varētu būt saistītas ar atšķirīgajām oglekļa un skābekļa attiecībām priekštečos, kā rezultātā sprādzienā atšķīrās dažādi niķeļa daudzumi. Niķeļa radioaktīvā sadalīšanās līdz kobaltam un pēc tam dzelzs iedarbībai piešķir Ia tipa supernovu optiskās un gandrīz infrasarkanās gaismas līknes. Šķietamā spilgtuma atšķirības varētu būt arī asimetrijas produkti; sprādziens no viena leņķa var būt nedaudz blāvāks nekā no otra.
Neviena no šīm iespējamām atšķirībām nav pietiekama, lai izskaidrotu supernovas SNLS-03D3bb ārkārtējo spilgtumu - kas ir pārāk spilgts, lai tā gaismas līkne stiepjas. Turklāt lielākajā daļā spilgtāku supernovu no eksplozijas izdalītā viela pārvietojas ar lielāku ātrumu; tas ir, šiem sprādzieniem ir vairāk kinētiskās enerģijas. Bet SNLS-03D3bb izmešana bija neparasti lēna.
"Endijs Hovells salika divus un divus kopā un saprata, ka SNLS-03D3bb jābūt ar super-Čandrasekaras masu," saka Nugent.
Pierādījumu masa
Viens pavediens bija elementi, kas nepieciešami, lai iegūtu papildu spilgtumu. "Visa Ia tipa jauda nāk no oglekļa un skābekļa sadedzināšanas līdz smagākiem elementiem, it īpaši niķelim 56," saka Nugent. “Ia tipa normāls spilgtums veido apmēram 60 procentus no saules masas 56 niķeļa vērtībā, pārējie ir citi elementi. Bet SNLS-03D3bb ir vairāk nekā divas reizes spilgtāks nekā parasti; tai jābūt vairāk nekā divreiz vairāk niķeļa 56. Vienīgais veids, kā to iegūt, ir ar ciltsmāti, kas ir par 50 procentiem masīvāka nekā Čandrasekaras masa. ”
Otrs faktors ir SNLS-03D3bb izstumšanas lēnums, kā tas tiek noteikts, mainoties elementārajām līnijām tā spektrā. Supernovas izgrūšanas ātrums ir atkarīgs no sprādzienā izdalītās kinētiskās enerģijas, kas ir starpība starp enerģiju, kas izdalās termiskās kodoldegšanas laikā, atskaitot saistošo enerģiju, kas darbojas, lai noturētu zvaigzni kopā - no zvaigznes masas funkcijas. Jo masīvāka ir zvaigzne, jo lēnāk izšļācas.
Bet kā oglekļa-skābekļa priekšgājējs kādreiz varētu uzkrāt masu, kas pārsniedz Čandrasekaras robežu, bez eksplodēšanas? Iespējams, ka ļoti strauji spīdoša zvaigzne varētu būt masīvāka. Ir arī iespējams, ka divi balti punduri ar kombinētu masu, kas krietni pārsniedz Čandrasekaras robežu, varētu sadurties un eksplodēt.
Nugent saka: “Viens pavediens nāca no mūsu līdzautora Marka Sulivivana, kurš SNLS datos jau bija atradis divas atšķirīgas likmes Ia tipa supernovas ražošanai. Tos var rupji sadalīt tādos, kas nāk no jaunām zvaigžņu veidojošām galaktikām un no vecām, mirušām galaktikām. Tātad ir norāde, ka var būt divas Ia tipa populācijas ar divu veidu priekštečiem un diviem dažādiem ceļiem uz eksploziju. ”
Vecajās, mirušajās galaktikās pat lielākās zvaigznes ir mazas, skaidro Nugent. Vienīgie Ia tipa supernovu veidi, kas šajās galaktikās ir iespējami, visticamāk, ir binārā sistēma, masu uzkrājošā, Čandrasekara-masas tips. Bet jaunās zvaigznes veidojošās galaktikas rada masīvus objektus un varētu būt bagātas ar balto punduri plus balto punduru binārajām sistēmām, tā sauktajām “dubultā deģenerētajām” sistēmām.
“Ja divkārši deģenerētais modelis ir pareizs, šādas sistēmas šajās ļoti jaunajās galaktikās vienmēr radīs superšandrašandrashar sprādzienus,” saka Nugent.
Jaunas galaktikas, visticamāk, ir atrodamas agrīnajā Visumā un tādējādi lielākos attālumos. Tā kā attālām Ia tipa supernovām ir izšķiroša nozīme, cenšoties izmērīt tumšās enerģijas attīstību, ir svarīgi skaidri identificēt Ia tipa supernovas, kas neatbilst Čandrasekara masu modelim. To ir viegli izdarīt tikpat nepāra kā Ia tips kā SNLS-03D3bb, taču ne visas super-Chandrasekhar supernovas var būt tik acīmredzamas.
“Viens no veidiem, kā noteikt super-Chandrasekhar supernovas, ir izmērīt izstumšanas ātrumu un salīdzināt to ar spilgtumu. Cits veids ir ņemt vairākus spektrus, mainoties gaismas līknei. Diemžēl spektru ņemšana ir lielākie izdevumi visā tumšās enerģijas pētījumu veikšanā, ”saka Nugent. "Šo eksperimentu izstrādātājiem būs jāatrod efektīvi veidi, kā no saviem paraugiem likvidēt super-Chandrasekhar supernovas."
Variantu modelēšana
Daļēji cerot attīstīt ātru un uzticamu veidu, kā identificēt Ia tipa supernovu kandidātus kosmoloģiskiem pētījumiem, Nugent un līdzautors Ričards Elliss sākotnēji vērsās pie Sullivan un citiem SNLS biedriem ar savu lielo supernovu datu bāzi. Strādājot Nacionālajā enerģētikas pētījumu zinātniskās skaitļošanas centrā (NERSC), kas atrodas Berklija laboratorijā, Nugent izstrādāja algoritmu, kas varētu uzņemt nedaudz fotometrisko datu punktu kandidātu supernovas attīstības sākumā, pozitīvi identificēt to kā Ia tipu un precīzi paredzēt tā maksimālā spilgtuma laiks.
Viens no pirmajiem Ia veida pētītajiem veidiem izrādījās pati SNLS-03D3bb. "Tam bija tik augsta signāla un trokšņa attiecība, ņemot vērā tā sarkano nobīdi, ka mums jau pašā sākumā vajadzēja aizdomāties, ka tā notiks kā neparasta supernova," saka Nugent.
Nugent uzskata pirmās demonstrējamās super-Chandrasekhar supernovas atklāšanu par aizraujošu perspektīvu: “Pirmo reizi kopš 1993. gada” - kad tika izstrādātas spilgtuma un gaismas-līknes formas attiecības - “mums tagad ir spēcīgs virziens meklēt nākamo parametrs, kas raksturo Ia tipa supernovas spilgtumu. Šie meklējumi var ļaut mums daudz labāk izprast viņu priekštečus un sistemātiku, kā viņus izmantot kā kosmoloģiskās zondes. ”
Šī izpratne ir viens no skaitliskās astrofizikas konsorcija galvenajiem mērķiem, kuru vada Stens Vooslijs no Kalifornijas universitātes Santakrusā un ko atbalsta Enerģētikas departamenta Zinātnes birojs, izmantojot programmu Zinātniskie atklājumi, izmantojot progresīvu skaitļošanu (SciDAC), izmantojot Nugent. un Džons Bells no Skaitļošanas pētījumu nodaļas un NERSC starp vadošajiem partneriem.
“Čandrasekara 1931. gada zvaigžņu sabrukšanas modelis bija elegants un spēcīgs; tas ieguva viņam Nobela prēmiju, ”saka Nugent. “Bet tas bija vienkāršs viendimensionāls modelis. Tikai pievienojot rotāciju, cilvēks var pārsniegt Čandrasekhara masu, kā viņš pats atzina. ”
Nugent saka, ka ar supernovu 2-D un 3-D modeļiem, izmantojot superdatorus, ir iespējams izpētīt plašāku dabas iespēju klāstu. “Tas ir mūsu SciDAC projekta mērķis - iegūt labākos modeļus un labākos novērojumu datus un apvienot tos, lai ievirzītu visu vaska bumbiņu. Šī projekta beigās mēs zinām visvairāk, ko varam zināt par visiem Ia tipa supernovām. ”
“Ia tipa supernova no Super-Chandrasekhar masu baltā pundurzvaigznes”, autori: D. Endrjū Hovels, Marks Sulivans, Pīters E. Nugens, Ričards S. Elliss, Aleksandrs J. Konlijs, Damiens Le Borgne, Raimonds G. Karlbergs, Džūljens Gajs, Deivids Balams, Stefana Basa, Dominique Fouchez, Isobel M. Hook, Eric Y. Hsiao, James D. Neill, Reynald Pain, Kathryn M. Perret un Christopher J. Pritchett parādās 21. septembra izdevumā Nature and ir pieejams abonentiem tiešsaistē.
Berkeley Lab ir ASV Enerģētikas departamenta nacionālā laboratorija, kas atrodas Bērklijā, Kalifornijā. Tas veic neklasificētus zinātniskos pētījumus, un to pārvalda Kalifornijas universitāte. Apmeklējiet mūsu vietni http://www.lbl.gov.
Oriģinālais avots: LBL ziņu izlaidums
