Πιστωτική εικόνα: ESO
Νέα δεδομένα που συλλέχθηκαν από το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο του Ευρωπαϊκού Νότιου Παρατηρητηρίου (VLT) φαίνεται να δείχνουν ότι οι σουπερνόβες μπορεί να μην είναι συμμετρικές όταν εκραγούν - η φωτεινότητα τους αλλάζει ανάλογα με τον τρόπο που τα βλέπετε. Εάν είναι πιο φωτεινά ή πιο αμυδρό ανάλογα με τον τρόπο που τα βλέπετε, θα μπορούσε να προκαλέσει σφάλματα στους υπολογισμούς απόστασης. Αλλά η νέα έρευνα δείχνει ότι γίνονται πιο συμμετρικά με την πάροδο του χρόνου, οπότε οι αστρονόμοι πρέπει απλώς να περιμένουν λίγο πριν κάνουν τους υπολογισμούς τους.
Μια διεθνής ομάδα αστρονόμων [2] πραγματοποίησε νέες και πολύ λεπτομερείς παρατηρήσεις ενός σουπερνόβα σε έναν μακρινό γαλαξία με το ESO Very Large Telescope (VLT) στο Παρατηρητήριο Paranal (Χιλή). Δείχνουν για πρώτη φορά ότι ένας συγκεκριμένος τύπος σουπερνόβα, που προκλήθηκε από την έκρηξη ενός «λευκού νάνου», ενός πυκνού αστέρα με μάζα γύρω από εκείνη του Ήλιου, είναι ασύμμετρη κατά τις αρχικές φάσεις επέκτασης.
Η σημασία αυτής της παρατήρησης είναι πολύ μεγαλύτερη από ό, τι φαίνεται με μια πρώτη ματιά. Αυτό το συγκεκριμένο είδος σουπερνόβα, που ονομάζεται «Τύπος Ια», παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στις τρέχουσες προσπάθειες χαρτογράφησης του Σύμπαντος. Εδώ και καιρό θεωρείται ότι οι σουπερνόβα τύπου Ia έχουν την ίδια εγγενή φωτεινότητα, κερδίζοντας ένα ψευδώνυμο ως «τυπικά κεριά».
Εάν ναι, οι διαφορές στην παρατηρούμενη φωτεινότητα μεταξύ μεμονωμένων σουπερνόβων αυτού του τύπου αντικατοπτρίζουν απλώς τις διαφορετικές αποστάσεις τους. Αυτό, και το γεγονός ότι η μέγιστη φωτεινότητα αυτών των σουπερνόβα ανταγωνίζεται αυτήν του γονικού γαλαξία τους, επέτρεψε τη μέτρηση αποστάσεων ακόμη και πολύ απομακρυσμένων γαλαξιών. Ορισμένες εμφανείς αποκλίσεις που βρέθηκαν πρόσφατα οδήγησαν στην ανακάλυψη της κοσμικής επιτάχυνσης.
Ωστόσο, αυτή η πρώτη σαφής παρατήρηση της ασυμμετρίας έκρηξης σε σουπερνόβα τύπου Ia σημαίνει ότι η ακριβής φωτεινότητα ενός τέτοιου αντικειμένου θα εξαρτηθεί από τη γωνία από την οποία φαίνεται. Δεδομένου ότι αυτή η γωνία είναι άγνωστη για κάποιο συγκεκριμένο σουπερνόβα, αυτό προφανώς εισάγει μια ποσότητα αβεβαιότητας σε αυτού του είδους τις βασικές μετρήσεις απόστασης στο Σύμπαν, οι οποίες πρέπει να ληφθούν υπόψη στο μέλλον.
Ευτυχώς, τα δεδομένα VLT δείχνουν επίσης ότι αν περιμένετε λίγο - το οποίο σε όρους παρατήρησης καθιστά δυνατή τη βαθύτερη ματιά στην επεκτεινόμενη βολίδα - τότε γίνεται πιο σφαιρικό. Οι προσδιορισμοί απόστασης των σουπερνόβων που εκτελούνται σε αυτό το μεταγενέστερο στάδιο θα είναι επομένως πιο ακριβείς.
Εκρήξεις σουπερνόβα και κοσμικές αποστάσεις
Κατά τη διάρκεια εκδηλώσεων σουπερνόβα τύπου Ια, κατάλοιπα αστεριών με αρχική μάζα έως και μερικές φορές εκείνη του Ήλιου (τα λεγόμενα «λευκά νάνοι αστέρια») εκρήγνυται, αφήνοντας τίποτα πίσω από ένα ταχέως αναπτυσσόμενο σύννεφο «αστροσκοπίας».
Οι σουπερνόβα τύπου Ia είναι προφανώς αρκετά παρόμοιες μεταξύ τους. Αυτό τους παρέχει έναν πολύ χρήσιμο ρόλο ως «τυπικά κεριά» που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μέτρηση των κοσμικών αποστάσεων. Η μέγιστη φωτεινότητά τους ανταγωνίζεται αυτήν του γονικού γαλαξία τους, οπότε τα χαρακτηρίζει ως κορυφαία κοσμικά μέτρα.
Οι αστρονόμοι έχουν εκμεταλλευτεί αυτήν την τυχερή κατάσταση για να μελετήσουν την ιστορία επέκτασης του Σύμπαντός μας. Πρόσφατα έφτασαν στο θεμελιώδες συμπέρασμα ότι το Σύμπαν επεκτείνεται με επιταχυνόμενο ρυθμό, βλ. ESO PR 21/98, Δεκέμβριος 1998 (δείτε επίσης την ιστοσελίδα του Supernova Acceleration Probe).
Η έκρηξη ενός λευκού νάνου αστέρα
Στα πιο ευρέως αποδεκτά μοντέλα σουπερνόβα τύπου Ia, το αστέρι λευκού νάνου πριν από την έκρηξη περιστρέφεται γύρω από ένα ηλιακό σύντροφο, ολοκληρώνοντας μια επανάσταση κάθε λίγες ώρες. Λόγω της στενής αλληλεπίδρασης, το συνοδευτικό αστέρι χάνει συνεχώς μάζα, μέρος της οποίας συλλαμβάνεται (με αστρονομική ορολογία: «συσσωρευμένο») από τον λευκό νάνο.
Ένας λευκός νάνος αντιπροσωπεύει το προτελευταίο στάδιο ενός ηλιακού τύπου αστεριού. Ο πυρηνικός αντιδραστήρας στον πυρήνα του έχει εξαντληθεί από καύσιμα εδώ και πολύ καιρό και είναι πλέον ανενεργός. Ωστόσο, σε κάποιο σημείο το βάρος συναρμολόγησης του υλικού συσσώρευσης θα έχει αυξήσει την πίεση εντός του λευκού νάνου τόσο πολύ ώστε οι πυρηνικές στάχτες εκεί θα αναφλεγούν και θα αρχίσουν να καίγονται σε ακόμη βαρύτερα στοιχεία. Αυτή η διαδικασία γίνεται πολύ γρήγορα ανεξέλεγκτη και ολόκληρο το αστέρι ανατινάσσεται σε ένα δραματικό γεγονός. Φαίνεται μια εξαιρετικά καυτή βολίδα που συχνά ξεπερνά τον γαλαξία του ξενιστή.
Το σχήμα της έκρηξης
Παρόλο που όλες οι σουπερνόβες του Τύπου Ια έχουν πολύ παρόμοιες ιδιότητες, δεν ήταν ποτέ ξεκάθαρο μέχρι τώρα πόσο παρόμοιο τέτοιο γεγονός θα εμφανιζόταν στους παρατηρητές που το βλέπουν από διαφορετικές κατευθύνσεις. Όλα τα αυγά φαίνονται παρόμοια και δεν διακρίνονται το ένα από το άλλο όταν τα βλέπουν από την ίδια γωνία, αλλά η πλάγια όψη (οβάλ) είναι προφανώς διαφορετική από την τελική όψη (στρογγυλή).
Και μάλιστα, εάν οι εκρήξεις σουπερνόβα τύπου Ia ήταν ασύμμετρες, θα λάμπονταν με διαφορετική φωτεινότητα σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Επομένως, οι παρατηρήσεις διαφορετικών σουπερνοβών - που φαίνονται υπό διαφορετικές γωνίες - δεν μπορούν να συγκριθούν άμεσα.
Χωρίς να γνωρίζουν αυτές τις γωνίες, ωστόσο, οι αστρονόμοι θα συνήγαγαν λανθασμένες αποστάσεις και θα ήταν αμφισβητήσιμη η ακρίβεια αυτής της θεμελιώδους μεθόδου για τη μέτρηση της δομής του Σύμπαντος.
Polarimetry στη διάσωση
Ένας απλός υπολογισμός δείχνει ότι ακόμη και στα αετά μάτια του VLT Interferometer (VLTI), όλες οι σουπερνόβες σε κοσμολογικές αποστάσεις θα εμφανίζονται ως άλυτα σημεία φωτός. είναι απλά πολύ μακριά. Αλλά υπάρχει ένας άλλος τρόπος για να προσδιορίσετε τη γωνία με την οποία αντιμετωπίζεται ένα συγκεκριμένο σουπερνόβα: η πολωσιμετρία είναι το όνομα του κόλπου!
Η πολωσιμετρία λειτουργεί ως εξής: το φως αποτελείται από ηλεκτρομαγνητικά κύματα (ή φωτόνια) που ταλαντεύονται σε ορισμένες κατευθύνσεις (επίπεδα). Η ανάκλαση ή η σκέδαση του φωτός ευνοεί ορισμένους προσανατολισμούς των ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων έναντι άλλων. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα πολωτικά γυαλιά ηλίου μπορούν να φιλτράρουν τη λάμψη του ηλιακού φωτός που αντανακλά τη λίμνη.
Όταν το φως διασκορπίζεται μέσα από τα επεκτεινόμενα συντρίμμια ενός σουπερνόβα, διατηρεί πληροφορίες σχετικά με τον προσανατολισμό των σκεδαστικών στρωμάτων. Εάν το σουπερνόβα είναι σφαιρικά συμμετρικό, όλοι οι προσανατολισμοί θα είναι εξίσου παρόντες και θα μένουν έξω, οπότε δεν θα υπάρξει καθαρή πόλωση. Εάν, ωστόσο, το κέλυφος αερίου δεν είναι στρογγυλό, μια ελαφριά πόλωση θα αποτυπωθεί στο φως.
«Ακόμη και για αρκετά αξιοσημείωτες ασυμμετρίες, ωστόσο, η πόλωση είναι πολύ μικρή και μόλις ξεπερνά το επίπεδο ενός τοις εκατό», λέει ο Dietrich Baade, αστρονόμος του ESO και μέλος της ομάδας που πραγματοποίησε τις παρατηρήσεις. «Η μέτρησή τους απαιτεί ένα όργανο που είναι πολύ ευαίσθητο και πολύ σταθερό. "
Η μέτρηση σε αχνές και απομακρυσμένες πηγές φωτός διαφορών σε επίπεδο μικρότερο από ένα τοις εκατό είναι μια σημαντική πρόκληση παρατήρησης. «Ωστόσο, το ESO Very Large Telescope (VLT) προσφέρει την ακρίβεια, τη δύναμη συλλογής φωτός, καθώς και τα εξειδικευμένα όργανα που απαιτούνται για μια τόσο απαιτητική πολυμετρική παρατήρηση», εξηγεί ο Dietrich Baade. «Αλλά αυτό το έργο δεν θα ήταν δυνατό χωρίς το VLT να λειτουργεί σε λειτουργία σέρβις. Είναι πράγματι αδύνατο να προβλεφθεί πότε θα εκραγεί ένα σουπερνόβα και πρέπει να είμαστε έτοιμοι όλη την ώρα. Μόνο η λειτουργία σέρβις επιτρέπει παρατηρήσεις σε σύντομο χρονικό διάστημα. Πριν από μερικά χρόνια, ήταν μια διορατική και θαρραλέα απόφαση της διεύθυνσης του ESO να δώσει τόση έμφαση στον τρόπο λειτουργίας. Και ήταν η ομάδα των ικανών και αφοσιωμένων αστρονόμων του ESO στο Paranal που έκανε αυτή την ιδέα πρακτική επιτυχία », προσθέτει.
Οι αστρονόμοι [1] χρησιμοποίησαν το όργανο FORS1 πολλαπλών τρόπων VLT για να παρατηρήσουν το SN 2001el, μια σουπερνόβα τύπου Ia που ανακαλύφθηκε τον Σεπτέμβριο του 2001 στον γαλαξία NGC 1448, βλ. PR Photo 24a / 03 σε απόσταση 60 εκατομμυρίων ετών φωτός.
Οι παρατηρήσεις που ελήφθησαν περίπου μια εβδομάδα πριν από αυτό το σουπερνόβα έφτασε στη μέγιστη φωτεινότητα γύρω στις 2 Οκτωβρίου αποκάλυψαν πόλωση σε επίπεδα 0,2-0,3% (PR Photo 24b / 03). Κοντά στο μέγιστο φως και μετά από δύο εβδομάδες, η πόλωση ήταν ακόμη μετρήσιμη. Έξι εβδομάδες μετά το μέγιστο, η πόλωση είχε πέσει κάτω από την ανιχνευσιμότητα.
Είναι η πρώτη φορά που έχει διαπιστωθεί ότι μια κανονική σουπερνόβα τύπου Ia εμφανίζει τόσο σαφή στοιχεία ασυμμετρίας.
Κοιτάζοντας βαθύτερα στο σουπερνόβα
Αμέσως μετά την έκρηξη του σουπερνόβα, το μεγαλύτερο μέρος της αποβληθείσας ύλης κινείται με ταχύτητες περίπου 10.000 km / sec. Κατά τη διάρκεια αυτής της επέκτασης, τα εξώτατα στρώματα γίνονται σταδιακά πιο διαφανή. Με τον καιρό μπορεί κανείς να κοιτάξει βαθύτερα και πιο βαθιά στο σουπερνόβα.
Η πόλωση που μετρήθηκε στο SN 2001el παρέχει, επομένως, στοιχεία που αποδεικνύουν ότι τα εξώτατα μέρη του σουπερνόβα (που φαίνονται για πρώτη φορά) είναι σημαντικά ασύμμετρα. Αργότερα, όταν οι παρατηρήσεις VLT «διεισδύουν» βαθύτερα προς την καρδιά του σουπερνόβα, η γεωμετρία έκρηξης γίνεται όλο και πιο συμμετρική.
Εάν μοντελοποιηθεί σε επίπεδο ισοπεδωμένου σφαιροειδούς σχήματος, η μετρούμενη πόλωση στο SN 2001el συνεπάγεται μια αναλογία δευτερεύοντος προς μείζονα άξονα περίπου 0,9 πριν επιτευχθεί η μέγιστη φωτεινότητα και μια σφαιρικά συμμετρική γεωμετρία από περίπου μία εβδομάδα μετά από αυτό το μέγιστο και μετά.
Κοσμολογικές επιπτώσεις
Μία από τις βασικές παραμέτρους στις οποίες βασίζονται οι εκτιμήσεις απόστασης τύπου Ια είναι η μέγιστη οπτική φωτεινότητα. Η μετρούμενη ασφαιρικότητα αυτή τη στιγμή θα εισήγαγε μια απόλυτη αβεβαιότητα φωτεινότητας (διασπορά) περίπου 10% εάν δεν έγινε διόρθωση για τη γωνία θέασης (η οποία δεν είναι γνωστή).
Ενώ οι σουπερνόβα τύπου Ia είναι μακράν τα καλύτερα τυποποιημένα κεριά για τη μέτρηση των κοσμολογικών αποστάσεων και επομένως για τη διερεύνηση της λεγόμενης σκοτεινής ενέργειας, εξακολουθεί να υπάρχει μια μικρή αβεβαιότητα μέτρησης.
«Η ασυμμετρία που μετρήσαμε στο SN 2001el είναι αρκετά μεγάλη για να εξηγήσει ένα μεγάλο μέρος αυτής της εγγενούς αβεβαιότητας», λέει ο Lifan Wang, επικεφαλής της ομάδας. «Εάν όλοι οι σουπερνόβα τύπου Ia είναι έτσι, θα αντιστοιχούσε σε μεγάλο βαθμό της διασποράς στις μετρήσεις φωτεινότητας. Μπορεί να είναι ακόμη πιο ομοιόμορφα από ό, τι νομίζαμε. "
Η μείωση της διασποράς στις μετρήσεις φωτεινότητας θα μπορούσε φυσικά να επιτευχθεί αυξάνοντας σημαντικά τον αριθμό των σουπερνόβων που παρατηρούμε, αλλά δεδομένου ότι αυτές οι μετρήσεις απαιτούν τα μεγαλύτερα και πιο ακριβά τηλεσκόπια στον κόσμο, όπως το VLT, αυτή δεν είναι η πιο αποτελεσματική μέθοδος.
Επομένως, εάν χρησιμοποιηθεί η φωτεινότητα που μετρήθηκε μία ή δύο εβδομάδες μετά το μέγιστο, τότε η σφαιρικότητα θα είχε αποκατασταθεί και δεν θα υπήρχαν συστηματικά σφάλματα από την άγνωστη γωνία θέασης. Με αυτή τη μικρή αλλαγή στη διαδικασία παρατήρησης, οι σουπερνόβα τύπου Ia θα μπορούσαν να γίνουν ακόμη πιο αξιόπιστα κοσμικά μέτρα.
Θεωρητικές επιπτώσεις
Η παρούσα ανίχνευση πολωμένων φασματικών χαρακτηριστικών υποδηλώνει έντονα ότι, για την κατανόηση της υποκείμενης φυσικής, η θεωρητική μοντελοποίηση των γεγονότων σουπερνόβα τύπου Ια θα πρέπει να γίνει και στις τρεις διαστάσεις με μεγαλύτερη ακρίβεια από ό, τι γίνεται σήμερα. Στην πραγματικότητα, οι διαθέσιμοι, πολύ περίπλοκοι υδροδυναμικοί υπολογισμοί μέχρι στιγμής δεν ήταν σε θέση να αναπαραγάγουν τις δομές που εκτέθηκαν από το SN 2001el.
Περισσότερες πληροφορίες
Τα αποτελέσματα που παρουσιάζονται σε αυτό το δελτίο τύπου έχουν περιγραφεί σε ένα ερευνητικό έγγραφο στο "Astrophysical Journal" ("Spectropolarimetry of SN 2001el in NGC 1448: Asphericity of a Normal Type Ia Supernova" by Lifan Wang and co-author, Volume 591, p 1110).
Σημειώσεις
[1]: Πρόκειται για ένα συντονισμένο Εθνικό Εργαστήριο ESO / Lawrence Berkeley / Πανεπιστήμιο. Δελτίο Τύπου του Τέξας. Το δελτίο τύπου LBNL είναι διαθέσιμο εδώ.
[2]: Η ομάδα αποτελείται από τους Lifan Wang, Dietrich Baade, Peter H? Flich, Alexei Khokhlov, J. Craig Wheeler, Daniel Kasen, Peter E. Nugent, Saul Perlmutter, Claes Fransson και Peter Lundqvist.
Πρωτότυπη πηγή: Δελτίο ειδήσεων ESO
