Credit imagine: LBL
Măsurând lumina polarizată de la o stea neobișnuită în explozie, o echipă internațională de astrofizicieni și astronomi a elaborat prima imagine detaliată a unei supernove de tip Ia și a sistemului stelar distinctiv în care a explodat.
Folosind Telescopul foarte mare al Observatorului European din Chile, cercetătorii au stabilit că supernova 2002ic a explodat în interiorul unui disc plat, dens, aglomerat de praf și gaz, aruncat anterior de o stea însoțitoare. Lucrările lor sugerează că acesta și unii alți precursori ai supernovelor de tip Ia seamănă cu obiectele cunoscute sub numele de nebuloase protoplanetare, bine cunoscute în propria noastră galaxie din Calea Lactee.
Lifan Wang din Laboratorul Național Lawrence Berkeley, Dietrich Baade al Observatorului European Sud (ESO), Peter H? Flich și J. Craig Wheeler de la Universitatea din Texas din Austin, Koji Kawabata de la Observatorul Astronomic Național al Japoniei și Ken'ichi Nomoto de la Universitatea din Tokyo își raportează concluziile în numărul 20 de martie 2004 al Astrophysical Journal Letters.
Supernovele de turnare la tip
Supernovele sunt etichetate în funcție de elementele vizibile în spectrele lor: spectrele de tip I nu au linii de hidrogen, în timp ce spectrele de tip II au aceste linii. Ceea ce face ca SN 2002 să fie neobișnuit este faptul că spectrul său seamănă altfel cu o supernova tipică Ia, dar prezintă o linie puternică de emisie de hidrogen.
Tipul II și unele alte supernove apar atunci când miezurile de stele foarte masive se prăbușesc și explodează, lăsând în urmă stele neutronice extrem de dense sau chiar găuri negre. Totuși, supernovele de tip Ia explodează printr-un mecanism foarte diferit.
„O supernova de tip Ia este o minge de foc metalică”, explică Wang Berkeley Lab, un pionier în domeniul spectropolarimetriei supernovelor. „Un tip Ia nu are hidrogen sau heliu, ci mult fier, plus nichel radioactiv, cobalt și titan, puțin siliciu și puțin carbon și oxigen. Deci, unul dintre progenitorii săi trebuie să fie o stea veche care a evoluat pentru a lăsa în urmă o pitică albă cu carbon de oxigen. Dar carbonul și oxigenul, ca și combustibili nucleari, nu ard ușor. Cum poate exploda un pitic alb? "
Cele mai acceptate modele de tip Ia presupun că pitica albă - aproximativ dimensiunea Pământului, dar care împachetează cea mai mare parte a masei soarelui - accelerează materia de la un tovarăș orbitant până când ajunge la 1,4 mase solare, cunoscută sub numele de Chandrasekhar. Piticul alb acum superdens se aprinde într-o puternică explozie termonucleară, fără a lăsa în urmă doar stardust.
Alte scheme includ fuziunea a doi pitici albi sau chiar o pitică albă singură, care re-accelerează materia vărsată de sinele său mai tânăr. În ciuda a trei decenii de căutare, însă, până la descoperirea și studiile spectropolarimetrice ulterioare ale SN 2002ic, nu a existat nicio dovadă fermă pentru niciun model.
În noiembrie 2002, Michael Wood-Vasey și colegii săi din Fabrica de Supernova din apropierea Departamentului Energiei cu sediul la Berkeley Lab au raportat descoperirea SN 2002ic, la scurt timp după ce explozia sa a fost detectată la aproape un miliard de ani lumină într-o galaxie anonimă din constelație Pești.
În august 2003, Mario Hamuy de la Observatorii Carnegie și colegii săi au raportat că sursa gazului copios bogat în hidrogen din SN 2002ic a fost cel mai probabil o stea așa-numită Asymptotic Giant Branch (AGB), o stea în fazele finale ale viața sa, cu masa de soare de trei până la opt ori - doar genul de stea care, după ce și-a aruncat straturile exterioare de hidrogen, heliu și praf, lasă în urmă un pitic alb.
Mai mult, această supernovă aparent auto-contradictorie - un tip Ia cu hidrogen - a fost de fapt similară cu alte supernove bogate în hidrogen, denumite anterior tipul IIn. La rândul său, acest lucru a sugerat că, deși supernovele de tip Ia sunt într-adevăr remarcabil de similare, pot exista diferențe mari între progenitorii lor.
Deoarece supernovele de tip Ia sunt atât de asemănătoare și atât de strălucitoare - la fel de strălucitoare sau mai strălucitoare decât galaxiile întregi - au devenit cele mai importante lumânări astronomice standard pentru măsurarea distanțelor cosmice și extinderea universului. La începutul anului 1998, după ce au analizat zeci de observații despre supernovele de la distanță de tip Ia, membrii Proiectului de Cosmologie Supernova al Departamentului Energiei cu sediul la Berkeley Lab, împreună cu rivalii lor din echipa High-Z Supernova Search Team cu sediul în Australia, au anunțat descoperirea uluitoare că expansiunea universului se accelerează.
Cosmologii au stabilit ulterior că peste două treimi din univers este format dintr-un lucru misterios numit „energie întunecată”, care întinde spațiul și conduce expansiunea accelerată. Însă învățarea mai mult despre energia întunecată va depinde de studierea atentă a multor supernovee de tip Ia mai îndepărtate, inclusiv o mai bună cunoaștere a tipurilor de sisteme stelare care le declanșează.
Structura picturată cu spectropolarimetrie
Spectropolarimetria SN 2002ic a oferit imaginea cea mai detaliată a unui sistem de tip Ia. Polarimetria măsoară orientarea undelor de lumină; de exemplu, ochelarii de soare Polaroid „măsoară” polarizarea orizontală atunci când blochează o parte din lumină reflectată de suprafețele plane. Cu toate acestea, într-un obiect precum un nor de praf sau o explozie stelară, lumina nu este reflectată de suprafețe, ci împrăștiată de particule sau de electroni.
Dacă norul de praf sau explozia este sferic și uniform neted, toate orientările sunt reprezentate în mod egal, iar polarizarea netă este zero. Dar dacă obiectul nu are formă sferică - de exemplu, ca un disc sau un trabuc, de exemplu - mai multă lumină va oscila în unele direcții decât în altele.
Chiar și pentru asimetrii destul de vizibile, polarizarea netă depășește rar un procent. Astfel, a fost o provocare pentru instrumentul de spectropolarimetrie ESO să măsoare slab SN 2002ic, folosind chiar și puternicul foarte mare telescop. A fost nevoie de câteva ore de observație în patru nopți diferite pentru a obține datele de polarimetrie și spectroscopie de înaltă calitate.
Observațiile echipei au venit la aproape un an după ce SN 2002ic a fost detectat pentru prima dată. Supernova devenise mult mai slabă, cu toate că linia sa proeminentă de emisie de hidrogen era de șase ori mai strălucitoare. Cu spectroscopie, astronomii au confirmat observația lui Hamuy și a asociaților săi, că ejecta care se extindea spre exterior de la explozie la viteză mare se întorsese în materie groasă, bogată în hidrogen.
Numai noile studii polarimetrice ar putea releva faptul că cea mai mare parte a acestei materii a avut forma unui disc subțire. Polarizarea s-a datorat probabil interacțiunii de ejectare de mare viteză din explozie cu particulele de praf și electronii din materia înconjurătoare cu mișcare mai lentă. Din cauza modului în care linia de hidrogen s-a strălucit mult după ce supernova a fost observată pentru prima dată, astronomii au dedus că discul include aglomerații dense și a fost în loc cu mult înainte de a exploda pitica albă.
„Aceste rezultate uimitoare sugerează că progenitorul SN 2002ic a fost remarcabil de asemănător cu obiecte care sunt familiare astronomilor din Calea Lactee proprie, respectiv nebuloase protoplanetare”, spune Wang. Multe dintre aceste nebuloase sunt rămășițele scoicilor exterioare aruncate de stelele Asimptotice ale Ramurii Gigante. Astfel de stele, dacă se rotește rapid, aruncă discuri subțiri, neregulate.
O chestiune de timp
Pentru ca un pitic alb să colecteze suficient material pentru a ajunge la limita Chandrasekhar este nevoie de un milion de ani sau cam. În schimb, o stea AGB pierde relativ repede cantități de materie; faza protoplanetar-nebuloasă este tranzitorie, care durează doar câteva sute sau mii de ani înainte de disiparea materiei aruncate. „Este o fereastră mică”, spune Wang, nu a durat suficient timp pentru ca miezul rămas (el însuși un pitic alb) să reconstituie suficient material pentru a exploda.
Astfel, este mai probabil ca un însoțitor pitic alb din sistemul SN 2002 să colecteze deja material cu mult înainte de formarea nebuloasei. Deoarece faza protoplanetară durează doar câteva sute de ani și presupunând că o supernovă de tip Ia durează de obicei un milion de ani pentru a evolua, doar aproximativ o mie din totalul supernovelor de tip Ia se așteaptă să semene cu SN 2002ic. Mai puțini vor mai prezenta caracteristicile sale spectrale și polarimetrice specifice, deși „ar fi extrem de interesant să căutăm alte supernove de tip Ia cu materie circumstanțială”, spune Wang.
Cu toate acestea, spune Dietrich Baade, investigatorul principal al proiectului de polarimetrie care a folosit VLT, „este presupunerea că toate supernovele de tip Ia sunt practic aceleași care permit explicarea observațiilor SN 2002ic.”
Sistemele binare cu caracteristici orbitale diferite și diferite tipuri de însoțitori în diferite stadii ale evoluției stelare pot da naștere la explozii similare, prin modelul de acreție. Notează Baade, „Cazul aparent particular de SN 2002ic oferă dovezi puternice că aceste obiecte sunt de fapt foarte asemănătoare, așa cum sugerează asemănarea uimitoare a curbelor lor de lumină.”
Arătând distribuția gazului și a prafului, spectropolarimetria a demonstrat de ce supernovele de tip Ia sunt atât de similare, chiar dacă masele, vârstele, stările evolutive și orbitele sistemelor lor precursoare pot diferi atât de mult.
Laboratorul Berkeley este un laborator național al Departamentului de Energie al SUA, situat în Berkeley, California. Conduce cercetări științifice neclasificate și este gestionat de Universitatea din California. Accesați site-ul nostru la http://www.lbl.gov.
Sursa originală: Comunicat de presă Berkeley Lab
