Πιστωτική εικόνα: LBL
Μετρώντας το πολωμένο φως από ένα ασυνήθιστο εκρηκτικό αστέρι, μια διεθνής ομάδα αστροφυσικών και αστρονόμων επεξεργάστηκε την πρώτη λεπτομερή εικόνα μιας σουπερνόβα τύπου Ia και του διακριτικού συστήματος αστεριών στο οποίο εξερράγη.
Χρησιμοποιώντας το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο του Ευρωπαϊκού Νότιου Παρατηρητηρίου στη Χιλή, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το supernova 2002ic εξερράγη μέσα σε έναν επίπεδο, πυκνό, γεμάτο δίσκο σκόνης και αερίου, που είχε προηγουμένως εκτοξευτεί από ένα αστέρι. Το έργο τους υποδηλώνει ότι αυτό και ορισμένοι άλλοι πρόδρομοι των σουπερνόβα τύπου Ia μοιάζουν με αντικείμενα γνωστά ως πρωτοπλανητικά νεφελώματα, γνωστά στον δικό μας γαλαξία Γαλαξία.
Lifan Wang του Εθνικού Εργαστηρίου Lawrence Berkeley, Dietrich Baade του Ευρωπαϊκού Νότιου Παρατηρητηρίου (ESO), Peter H? Flich και J. Craig Wheeler του Πανεπιστημίου του Τέξας στο Ώστιν, Koji Kawabata του Εθνικού Αστρονομικού Παρατηρητηρίου της Ιαπωνίας και Ken'ichi Ο Nomoto του Πανεπιστημίου του Τόκιο αναφέρει τα ευρήματά του στο τεύχος της Astrophysical Journal Letters στις 20 Μαρτίου 2004.
Μετάδοση των σουπερνόβων στον τύπο
Τα σουπερνόβα επισημαίνονται σύμφωνα με τα στοιχεία που είναι ορατά στα φάσματα τους: Τα φάσματα τύπου Ι δεν έχουν γραμμές υδρογόνου, ενώ τα φάσματα τύπου II έχουν αυτές τις γραμμές. Αυτό που κάνει το SN 2002ic ασυνήθιστο είναι ότι το φάσμα του μοιάζει αλλιώς με μια τυπική σουπερνόβα τύπου Ia αλλά παρουσιάζει μια ισχυρή γραμμή εκπομπών υδρογόνου.
Ο τύπος II και μερικές άλλες σουπερνόβες συμβαίνουν όταν οι πυρήνες πολύ μαζικών αστεριών καταρρεύσουν και εκραγούν, αφήνοντας πίσω τους εξαιρετικά πυκνά αστέρια νετρονίων ή ακόμα και μαύρες τρύπες. Οι σουπερνόβα τύπου Ia, ωστόσο, εκρήγνυνται από έναν πολύ διαφορετικό μηχανισμό.
«Μια σουπερνόβα τύπου Ia είναι μια μεταλλική βολίδα», εξηγεί ο Wang, του Μπέρκλεϋ, ενός πρωτοπόρου στον τομέα της φασματοπολομετρίας των σουπερνόβα. «Ένας τύπος Ια δεν έχει υδρογόνο ή ήλιο, αλλά άφθονο σίδηρο, συν ραδιενεργό νικέλιο, κοβάλτιο και τιτάνιο, λίγο πυρίτιο και λίγο άνθρακα και οξυγόνο. Έτσι ένας από τους προγόνους του πρέπει να είναι ένα παλιό αστέρι που έχει εξελιχθεί για να αφήσει έναν νάνο λευκό άνθρακα-οξυγόνου. Όμως ο άνθρακας και το οξυγόνο, ως πυρηνικά καύσιμα, δεν καίγονται εύκολα. Πώς μπορεί να εκραγεί ένας λευκός νάνος; "
Τα πιο ευρέως αποδεκτά μοντέλα Type Ia υποθέτουν ότι ο λευκός νάνος - περίπου το μέγεθος της Γης, αλλά συσκευάζει το μεγαλύτερο μέρος της μάζας του ήλιου - συγκεντρώνει ύλη από έναν τροχιά σύντροφο έως ότου φτάσει σε 1,4 ηλιακές μάζες, γνωστές ως το όριο Chandrasekhar. Ο τώρα υπερ-πυκνός λευκός νάνος αναφλέγεται σε μια ισχυρή θερμοπυρηνική έκρηξη, αφήνοντας πίσω του τίποτα εκτός από τη αστρόσκονη.
Άλλα σχήματα περιλαμβάνουν τη συγχώνευση δύο λευκών νάνων ή ακόμη και ενός μοναχικού λευκού νάνου που επαναπροσδιορίζει το θέμα που ρίχνεται από τον νεότερο εαυτό του. Παρά τις τρεις δεκαετίες έρευνας, ωστόσο, μέχρι την ανακάλυψη και τις επακόλουθες φασματοπολιμετρικές μελέτες του SN 2002ic, δεν υπήρχαν σταθερές ενδείξεις για κανένα μοντέλο.
Τον Νοέμβριο του 2002, ο Michael Wood-Vasey και οι συνάδελφοί του στο κοντινό εργοστάσιο Supernova του Τμήματος Ενέργειας που εδρεύει στο Berkeley Lab ανέφεραν την ανακάλυψη του SN 2002ic, λίγο μετά την ανίχνευση της έκρηξης σχεδόν σε ένα δισεκατομμύριο έτη φωτός μακριά σε έναν ανώνυμο γαλαξία στον αστερισμός Ιχθείς.
Τον Αύγουστο του 2003, ο Mario Hamuy από τα Παρατηρητήρια Carnegie και οι συνάδελφοί του ανέφεραν ότι η πηγή του άφθονου αερίου πλούσιου σε υδρογόνο στο SN 2002ic ήταν πιθανότατα ένα λεγόμενο ασυμπτωματικό αστέρι Giant Branch (AGB), ένα αστέρι στις τελικές φάσεις του η ζωή του, με τρεις έως οκτώ φορές τη μάζα του ήλιου - ακριβώς το είδος του αστεριού που, αφού έχει εκραγεί τα εξωτερικά στρώματα υδρογόνου, ηλίου και σκόνης, αφήνει πίσω του έναν λευκό νάνο.
Επιπλέον, αυτή η φαινομενικά αντιφατική σουπερνόβα - ένας τύπος Ια με υδρογόνο - ήταν στην πραγματικότητα παρόμοια με άλλες πλούσιες σε υδρογόνο σουπερνόβα που είχαν προηγουμένως χαρακτηριστεί τύπου IIn. Αυτό με τη σειρά του έδειξε ότι, ενώ οι σουπερνόβα τύπου Ια είναι πράγματι εξαιρετικά παρόμοιοι, μπορεί να υπάρχουν μεγάλες διαφορές μεταξύ των προγόνων τους.
Επειδή οι σουπερνόβα τύπου Ia είναι τόσο παρόμοιες και τόσο φωτεινές - όσο φωτεινές ή φωτεινότερες από ολόκληρους γαλαξίες - έχουν γίνει τα πιο σημαντικά αστρονομικά τυπικά κεριά για τη μέτρηση των κοσμικών αποστάσεων και την επέκταση του σύμπαντος. Στις αρχές του 1998, αφού αναλύθηκαν δεκάδες παρατηρήσεις μακρινών σουπερνόβα τύπου Ia, μέλη του έργου Supernova Cosmology του Υπουργείου Ενέργειας που εδρεύει στο Berkeley Lab, μαζί με τους αντιπάλους τους στην ομάδα αναζήτησης High-Z Supernova που εδρεύει στην Αυστραλία, ανακοίνωσε την εκπληκτική ανακάλυψη ότι η επέκταση του σύμπαντος επιταχύνεται.
Οι κοσμολόγοι στη συνέχεια διαπίστωσαν ότι πάνω από τα δύο τρίτα του σύμπαντος αποτελείται από ένα μυστηριώδες κάτι που ονομάζεται «σκοτεινή ενέργεια», το οποίο εκτείνεται στο διάστημα και οδηγεί την επιταχυνόμενη επέκταση. Αλλά η εκμάθηση περισσότερων για τη σκοτεινή ενέργεια θα εξαρτηθεί από την προσεκτική μελέτη πολλών πιο απομακρυσμένων σουπερνόβα τύπου Ia, συμπεριλαμβανομένης της καλύτερης γνώσης του είδους των συστημάτων αστεριών που τους προκαλούν.
Δομή απεικόνισης με φασματοπολομετρία
Η φασματοπολομετρία του SN 2002ic παρέχει ακόμα την πιο λεπτομερή εικόνα ενός συστήματος Type Ia. Η πολωσιμετρία μετρά τον προσανατολισμό των φωτεινών κυμάτων. Για παράδειγμα, τα γυαλιά ηλίου Polaroid «μετρούν» την οριζόντια πόλωση όταν μπλοκάρουν μέρος του φωτός που ανακλάται από επίπεδες επιφάνειες. Ωστόσο, σε ένα αντικείμενο όπως ένα σύννεφο σκόνης ή μια αστρική έκρηξη, το φως δεν αντανακλάται από τις επιφάνειες αλλά διασκορπίζεται από σωματίδια ή από ηλεκτρόνια.
Εάν το νέφος σκόνης ή η έκρηξη είναι σφαιρικά και ομοιόμορφα ομαλά, όλοι οι προσανατολισμοί αντιπροσωπεύονται εξίσου και η καθαρή πόλωση είναι μηδέν. Αλλά αν το αντικείμενο δεν έχει σφαιρικό σχήμα, όπως δίσκο ή πούρο, για παράδειγμα - περισσότερο φως θα ταλαντευτεί σε ορισμένες κατευθύνσεις από ότι σε άλλες.
Ακόμα και για αρκετά αισθητές ασυμμετρίες, η καθαρή πόλωση υπερβαίνει σπάνια το ένα τοις εκατό. Έτσι, ήταν μια πρόκληση για το όργανο φασματοπολομετρίας ESO να μετρήσει το εξασθενημένο SN 2002ic, ακόμη και χρησιμοποιώντας το ισχυρό Τηλεσκόπιο Very Large. Χρειάστηκαν αρκετές ώρες παρατήρησης σε τέσσερις διαφορετικές νύχτες για να ληφθούν τα απαραίτητα δεδομένα υψηλής ποιότητας πολωσιμετρίας και φασματοσκοπίας.
Οι παρατηρήσεις της ομάδας ήρθαν σχεδόν ένα χρόνο μετά την πρώτη ανίχνευση του SN 2002ic. Το σουπερνόβα είχε μεγαλώσει πιο αχνό, αλλά η εξέχουσα γραμμή εκπομπής υδρογόνου ήταν έξι φορές πιο φωτεινή. Με φασματοσκοπία οι αστρονόμοι επιβεβαίωσαν την παρατήρηση του Hamuy και των συνεργατών του, ότι η εκτόξευση που εκτείνεται προς τα έξω από την έκρηξη με υψηλή ταχύτητα είχε συναντήσει την περιβάλλουσα πυκνή, πλούσια σε υδρογόνο ύλη.
Ωστόσο, μόνο οι νέες πολυμετρικές μελέτες θα μπορούσαν να αποκαλύψουν ότι το μεγαλύτερο μέρος αυτού του θέματος είχε σχήμα λεπτού δίσκου. Η πόλωση πιθανότατα οφειλόταν στην αλληλεπίδραση της υψηλής ταχύτητας εκτόξευσης από την έκρηξη με τα σωματίδια σκόνης και τα ηλεκτρόνια στο πιο αργά κινούμενο περιβάλλον υλικό. Λόγω του τρόπου με τον οποίο η γραμμή υδρογόνου είχε λάμψει πολύ μετά την πρώτη παρατήρηση του σουπερνόβα, οι αστρονόμοι κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι ο δίσκος περιείχε πυκνές συστάδες και είχε τοποθετηθεί πολύ πριν από την έκρηξη του λευκού νάνου.
"Αυτά τα εντυπωσιακά αποτελέσματα δείχνουν ότι ο πρόγονος του SN 2002ic ήταν εξαιρετικά παρόμοιος με αντικείμενα που είναι οικεία στους αστρονόμους στον δικό μας Γαλαξία, δηλαδή τα πρωτοπλανητικά νεφελώματα", λέει ο Wang. Πολλά από αυτά τα νεφελώματα είναι τα απομεινάρια των φουσκωμένων εξωτερικών κελυφών αστέρια ασυμπτωτικών γιγαντιαίων κλάδων. Τέτοια αστέρια, εάν περιστρέφονται γρήγορα, ρίχνουν λεπτούς, ακανόνιστους δίσκους.
Θέμα συγχρονισμού
Για έναν λευκό νάνο για να συλλέξει αρκετό υλικό για να φτάσει το όριο Chandrasekhar διαρκεί ένα εκατομμύριο χρόνια περίπου. Αντίθετα, ένα αστέρι AGB χάνει άφθονα ποσά ύλης σχετικά γρήγορα. η φάση πρωτοπλανητικού-νεφελώματος είναι παροδική, διαρκεί μόνο μερικές εκατοντάδες ή χιλιάδες χρόνια πριν εξαφανιστεί η διογκωμένη ύλη. «Είναι ένα μικρό παράθυρο», λέει ο Γουάνγκ, όχι πολύς καιρός για τον υπολειπόμενο πυρήνα (ο ίδιος ένας λευκός νάνος) να επαναπροσδιορίσει αρκετό υλικό για να εκραγεί.
Επομένως, είναι πιο πιθανό ένας λευκός νάνος σύντροφος στο SN 2002ic σύστημα να συλλέγει ήδη απασχολημένο υλικό πολύ πριν σχηματιστεί το νεφέλωμα. Επειδή η πρωτοπλανητική φάση διαρκεί μόνο μερικές εκατοντάδες χρόνια, και υποθέτοντας ότι μια σουπερνόβα τύπου Ia διαρκεί συνήθως ένα εκατομμύριο χρόνια για να εξελιχθεί, μόνο περίπου το ένα χιλιοστό όλων των σουπερνόβα τύπου Ia αναμένεται να μοιάζει με το SN 2002ic. Λιγότεροι θα παρουσιάσουν τα συγκεκριμένα φασματικά και πολυμετρικά χαρακτηριστικά του, αν και «θα ήταν εξαιρετικά ενδιαφέρον να αναζητήσουμε άλλες σουπερνόβες τύπου Ia με περίσταση», λέει ο Wang.
Ωστόσο, λέει ο Dietrich Baade, κύριος ερευνητής του έργου polarimetry που χρησιμοποίησε το VLT, «είναι η υπόθεση ότι όλες οι σουπερνόβα τύπου Ia είναι βασικά οι ίδιες που επιτρέπει την εξήγηση των παρατηρήσεων του SN 2002ic».
Τα δυαδικά συστήματα με διαφορετικά τροχιακά χαρακτηριστικά και διαφορετικά είδη συντρόφων σε διαφορετικά στάδια της αστρικής εξέλιξης μπορούν ακόμη να προκαλέσουν παρόμοιες εκρήξεις, μέσω του μοντέλου αύξησης. Σημειώνει ο Baade, "Η φαινομενικά περίεργη περίπτωση του SN 2002ic παρέχει ισχυρές ενδείξεις ότι αυτά τα αντικείμενα είναι στην πραγματικότητα παρόμοια, όπως υποδηλώνει η εκπληκτική ομοιότητα των καμπυλών φωτός τους."
Δείχνοντας την κατανομή του αερίου και της σκόνης, η φασματοπολομετρία έχει καταδείξει γιατί οι υπερκαινοφανείς τύποι Ια είναι τόσο όμοιοι, παρόλο που οι μάζες, οι ηλικίες, οι εξελικτικές καταστάσεις και οι τροχιές των προδρόμων συστημάτων τους μπορεί να διαφέρουν τόσο πολύ.
Το Berkeley Lab είναι εθνικό εργαστήριο Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ που βρίσκεται στο Berkeley της Καλιφόρνια. Διεξάγει μη ταξινομημένη επιστημονική έρευνα και διοικείται από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια. Επισκεφθείτε τον ιστότοπό μας στη διεύθυνση http://www.lbl.gov.
Αρχική πηγή: Δελτίο ειδήσεων στο Berkeley Lab
