Astronomii credeau că toate supernovele de tip 1a erau în esență aceeași luminozitate. Aceasta este o problemă, întrucât acest tip de supernove sunt folosite ca lumânări standard, pentru a determina distanțele între Univers. Cel mai recent, aceste supernove au fost folosite pentru a calcula forța misterioasă numită energie întunecată care pare să accelereze extinderea Universului.
Un grup de oameni de știință afiliați la SuperNova Legacy Survey (SNLS) au găsit dovezi surprinzătoare că există mai mult de un fel de supernova de tip Ia, o clasă de stele în explozie, care până acum a fost considerată ca fiind esențial uniformă din toate punctele de vedere importante. Supernova SNLS-03D3bb este mai mult de două ori mai strălucitoare decât majoritatea supernovelor de tip Ia, dar are mult mai puțină energie cinetică și pare să fie din nou la fel de masivă ca un tip tipic Ia.
Autorii principali ai raportului, care apare în numărul din 21 septembrie „Nature”, includ Andrew Howell, fostul Diviziei de Fizică la Lawrence Berkeley Laboratorul Național și acum la Universitatea din Toronto, și Peter Nugent, astrofizician cu cercetări computationale Berkeley Lab Divizia. Alți autori principali sunt Mark Sullivan de la Universitatea din Toronto și Richard Ellis de la Institutul de Tehnologie din California. Aceștia și mulți dintre ceilalți autori ai lucrării Nature sunt membri ai Proiectului Supernova Cosmology cu sediul la Berkeley Lab.
Deoarece aproape toate supernovele de tip Ia găsite până în prezent nu sunt doar strălucitoare, ci și uniforme, sunt considerate cele mai bune „lumânări standard” astronomice pentru măsurarea pe distanțe cosmologice. În 1998, după observații ale multor supernovee de tip Ia îndepărtate, Proiectul de Supernova Cosmologie și echipa de căutare rivală Super-Z Supernova și-au anunțat descoperirea că expansiunea universului se accelerează - constatare care va fi în curând atribuită necunoscutului, numit întuneric. energie, care umple universul și se opune atracției gravitaționale reciproce a materiei.
„Supernovele de tip Ia sunt considerate indicatori de distanță fiabili, deoarece au o cantitate standard de combustibil - carbonul și oxigenul dintr-o stea pitică albă - și au un declanșator uniform”, spune Nugent. „Se prevede că vor exploda atunci când masa piticului alb se apropie de masa Chandrasekhar, care este de aproximativ 1,4 ori mai mare decât soarele nostru. Faptul că SNLS-03D3bb depășește cu mult acest tip de masă deschide o cutie a Pandorei. "
De ce majoritatea Supernovele de tip Ia sunt aceleași
Clasificarea tipurilor de supernove se bazează pe spectrele lor. Spectrele de tip Ia nu au linii de hidrogen, dar au linii de absorbție a siliciului, un indiciu al chimiei exploziilor lor. Progenitorii pitici albi din supernovele de tip Ia, de obicei aproximativ două treimi din masa soarelui, sunt considerați că vor acreta masă suplimentară de la un tovarăș binar până când se apropie de limita Chandrasekhar. Creșterea presiunii face ca carbonul și oxigenul din centrul stelei să fuzioneze, producând elementele până la nichel pe tabelul periodic; energia eliberată în acest proces aruncă steaua în bucăți într-o explozie termonucleară titanică.
S-au observat unele variații la supernovele de tip Ia, dar acestea sunt în mare parte reconciliabile. Tip mai luminos Ia este nevoie de mai mult timp pentru a crește până la luminozitate maximă și mai mult pentru a scădea. Când scările de timp ale curbelor de lumină individuale sunt întinse pentru a se potrivi normei și luminozitatea este scalată în funcție de întindere, curbele de lumină de tip Ia se potrivesc.
Diferențele de luminozitate s-ar putea datora raporturilor diferite de carbon și oxigen la progenitori, ceea ce duce la diferite cantități finale de nichel în explozie. Cariunea radioactivă a nichelului în cobalt și apoi fierul alimentează curbele de lumină optică și aproape infraroșu ale supernovelor de tip Ia. Diferențele de luminozitate aparentă ar putea fi și produse de asimetrie; o explozie privită dintr-un unghi poate fi ușor mai slabă decât de la altul.
Niciuna dintre aceste diferențe posibile nu este suficientă pentru a explica strălucirea extremă a supernovei SNLS-03D3bb - care este mult prea strălucitoare pentru „întinderea” curbei de lumină. Mai mult, în majoritatea supernovelor mai strălucitoare, materia evacuată din explozie circulă cu o viteză mai mare; adică aceste explozii au mai multă energie cinetică. Dar ejecta SNLS-03D3bb a fost neobișnuit de lentă.
„Andy Howell a reunit două și două și și-a dat seama că SNLS-03D3bb trebuie să aibă o masă super-Chandrasekhar”, spune Nugent.
Masa dovezilor
Un singur indiciu a fost elementele necesare pentru a produce strălucire suplimentară. „Toată puterea dintr-un tip Ia provine de la arderea carbonului și a oxigenului până la elemente mai grele, în special nichel 56”, spune Nugent. „Un tip Ia cu luminozitate normală face aproximativ 60% din masa solară în valoare de nichel 56, restul fiind alte elemente. Dar SNLS-03D3bb este mai mult de două ori mai luminos decât normal; trebuie să aibă mai mult de două ori mai mult nichel 56. Singura modalitate de a obține asta este cu un progenitor care este cu 50 la sută mai masiv decât masa Chandrasekhar. "
Celălalt factor este încetinirea ejectării SNLS-03D3bb, detectată în schimbarea liniilor elementare din spectrul său. Viteza ejectei supernovei depinde de energia cinetică eliberată în explozie, care este diferența dintre energia eliberată în arderea termonucleară, minus energia de legătură care acționează pentru a menține steaua împreună, funcție a masei stelei. Cu cât steaua este mai masivă, cu atât ejecta este mai lentă.
Dar cum ar putea un progenitor carbon-oxigen să acumuleze vreo masă mai mare decât limita Chandrasekhar fără să explodeze? Este posibil ca o stea învârtită foarte rapid să fie mai masivă. Este, de asemenea, posibil ca două pitici albe, cu o masă combinată mult peste limita Chandrasekhar, să poată ciocni și să explodeze.
Nugent spune: „Un indiciu a venit de la coautorul nostru Mark Sullivan, care în datele SNLS găsise deja două rate distincte pentru producția supernovei de tip Ia. Ele pot fi rupte crud în cele care provin din galaxii tinere care formează stele și în cele din galaxii vechi, moarte. Deci, există un indiciu că pot exista două populații de tip Ia, cu două tipuri de progenitori și două căi diferite de explozie. "
În galaxiile vechi, moarte, chiar și cele mai mari stele sunt mici, explică Nugent. Singurele tipuri de supernove de tip Ia posibile în aceste galaxii sunt probabil cele de tip binar, de accelerare în masă, de masă Chandrasekhar. Dar galaxiile tinere care formează stele produc obiecte masive și ar putea fi bogate în sisteme binare pitice albe plus alb-pitic, așa-numitele sisteme „duble degenerate”.
„Dacă modelul cu două degenerate este corect, astfel de sisteme vor produce întotdeauna explozii super-Chandrasekhar în aceste galaxii foarte tinere”, spune Nugent.
Galaxiile tinere se găsesc mai mult în universul timpuriu și, astfel, la distanțe mai mari. Deoarece supernovele de tip Ia distanțe sunt cruciale pentru efortul de a măsura evoluția energiei întunecate, devine esențial să identificăm clar supernovele de tip Ia care nu se potrivesc modelului de masă Chandrasekhar. Acest lucru este ușor de făcut cu un tip Ia la fel de ciudat ca SNLS-03D3bb, dar nu toate supernovele super-Chandrasekhar pot fi atât de evidente.
„O modalitate de a detecta supernovele super-Chandrasekhar este prin măsurarea vitezei de ejecție și compararea cu luminozitatea. Un alt mod este prin luarea mai multor spectre pe măsură ce curba luminoasă evoluează. Din păcate, a lua spectre este cea mai mare cheltuială din întregul studiu al energiei întunecate ”, spune Nugent. „Designerii acestor experimente vor trebui să găsească modalități eficiente de a elimina supernovele super-Chandrasekhar din eșantioanele lor.”
Modelarea variațiilor
În speranța de a dezvolta o modalitate rapidă și de încredere de a identifica supernovele de tip Ia pentru candidatul cosmologic, Nugent și coautorul Richard Ellis s-au apropiat inițial de Sullivan și alți membri ai SNLS, cu marea sa bază de date de supernove. Lucrând la Centrul Național de Cercetare Științifică a Energiei (NERSC) cu sediul la Berkeley Lab, Nugent a dezvoltat un algoritm care ar putea lua o mână de puncte de date fotometrice la începutul evoluției unei supernove candidate, să o identifice pozitiv ca un tip Ia și să prezice cu exactitate timpul său de luminozitate maximă.
Unul dintre primele tipuri Ia studiate în acest fel s-a dovedit a fi SNLS-03D3bb în sine. „Avea un raport semnal-zgomot atât de ridicat, având în vedere redshift-ul său, încât ar fi trebuit să bănuim de la început că va fi o supernovă neobișnuită”, spune Nugent.
Nugent consideră descoperirea primei supernovee super-Chandrasekhar demonstrabile ca fiind o perspectivă interesantă: „Pentru prima dată din 1993” - când s-a dezvoltat relația de luminozitate versus lumina-curbă - „avem acum o direcție puternică de a căuta următoarea parametru care descrie luminozitatea unei supernove de tip Ia. Această căutare ne poate duce la o mai bună înțelegere a progenitorilor lor și la sistematica utilizării lor ca sonde cosmologice. "
Această înțelegere este unul dintre obiectivele majore ale Consorțiului de Astrofizică Computațională, condus de Stan Woosley de la Universitatea California din Santa Cruz și sprijinit de Departamentul de Energie al Biroului de Știință prin programul Discovery Scientific Through Advanced Computing (SciDAC), cu programul Nugent și John Bell din divizia de cercetare în calcul și NERSC printre partenerii de frunte.
„Modelul lui Chandrasekhar din 1931 a prăbușirii stelare a fost elegant și puternic; l-a câștigat premiul Nobel ”, spune Nugent. „Dar a fost un model unidimensional simplu. Doar prin adăugarea rotației, se poate depăși masa Chandrasekhar, așa cum a recunoscut el însuși. "
Nugent spune că, cu ajutorul modelelor 2-D și 3-D ale supernoveelor este posibil să se studieze o gamă mai largă de posibilități ale naturii. „Acesta este obiectivul proiectului nostru SciDAC, acela de a obține cele mai bune modele și cele mai bune date de observație și a le combina pentru a împinge întreaga bilă de ceară. La sfârșitul acestui proiect, vom cunoaște cel mai mult despre toate tipurile de supernove de tip Ia. ”
„A Supernova de tip Ia dintr-o super-Chandrasekhar White White Dwarf Star”, de D. Andrew Howell, Mark Sullivan, Peter E. Nugent, Richard S. Ellis, Alexander J. Conley, Damien Le Borgne, Raymond G. Carlberg, Julien Guy, David Balam, Stephane Basa, Dominique Fouchez, Isobel M. Hook, Eric Y. Hsiao, James D. Neill, Reynald Pain, Kathryn M. Perret și Christopher J. Pritchett, apar în numărul din 21 septembrie „Nature and este disponibil online pentru abonați.
Berkeley Lab este un laborator național al Departamentului pentru 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 LBL
