Credit imagine: ESO
Noile date culese de telescopul foarte mare al Observatorului European (VLT) par să indice că supernovele ar putea să nu fie simetrice atunci când explodează - luminozitatea lor se modifică în funcție de modul în care le privești. Dacă sunt mai luminoase sau mai slabe în funcție de modul în care le privești, ar putea cauza erori în calculele distanței tale. Dar noua cercetare indică faptul că acestea devin mai simetrice în timp, așa că astronomii trebuie doar să aștepte puțin înainte de a-și face calculele.
O echipă internațională de astronomi [2] a efectuat observații noi și foarte detaliate despre o supernovă într-o galaxie îndepărtată cu telescopul foarte mare ESO (VLT) de la Observatorul Paranal (Chile). Ele arată pentru prima dată că un anumit tip de supernovă, cauzată de explozia unei „pitici albe”, o stea densă cu o masă în jurul celei a Soarelui, este asimetrică în timpul fazelor inițiale de expansiune.
Semnificația acestei observații este mult mai mare decât poate părea la prima vedere. Acest tip special de supernove, denumit „Tip Ia”, joacă un rol foarte important în încercările actuale de a cartografia Universul. De mult s-a presupus că supernovele de tip Ia toate au aceeași luminozitate intrinsecă, câștigându-le o poreclă ca „lumânări standard”.
Dacă da, diferențele de luminozitate observate între supernovele individuale de acest tip reflectă pur și simplu distanțele lor diferite. Aceasta și faptul că luminozitatea maximă a acestor supernove rivalizează cu cea a galaxiei lor părinte, a permis măsurarea distanțelor chiar și a galaxiilor foarte îndepărtate. Unele discrepanțe aparente care au fost găsite recent au dus la descoperirea accelerării cosmice.
Cu toate acestea, această primă observație clarificată a asimetriei exploziei într-o supernova de tip Ia înseamnă că luminozitatea exactă a unui astfel de obiect va depinde de unghiul din care este văzut. Deoarece acest unghi nu este cunoscut pentru nicio supernovă anume, aceasta introduce în mod evident o cantitate de incertitudine în acest tip de măsurători de distanță de bază în Univers, care trebuie luate în considerare în viitor.
Din fericire, datele VLT arată, de asemenea, că, dacă aștepți puțin - ceea ce, în termeni observaționali, permite analizarea mai profundă a mingii de foc în expansiune - atunci devine mai sferic. Prin urmare, determinările la distanță ale supernovelor care se efectuează în acest stadiu ulterior vor fi mai precise.
Supernova explozii și distanțe cosmice
În timpul evenimentelor de supernova de tip Ia, resturile de stele cu o masă inițială de până la câteva ori cea a Soarelui (așa-numitele „stele pitice albe”) explodează, lăsând în urmă doar un nor de „stardust” în expansiune rapidă.
Supernovele de tip Ia sunt aparent destul de asemănătoare între ele. Acest lucru le oferă un rol foarte util ca „lumânări standard” care pot fi utilizate pentru a măsura distanțele cosmice. Luminozitatea lor maximă este rivală cu cea a galaxiei lor părinte, deci calificându-i drept școale cosmice cosmice.
Astronomii au exploatat această situație norocoasă pentru a studia istoria de expansiune a Universului nostru. Ei au ajuns recent la concluzia fundamentală că Universul se extinde într-un ritm accelerat, cf. ESO PR 21/98, decembrie 1998 (a se vedea și pagina web Supernova Acceleration Probe).
Explozia unei stele pitice albe
În modelele cele mai acceptate de supernovele de tip Ia, stea pitică albă pre-explozie orbitează o stea de soare asemănătoare cu cea solară, finalizând o revoluție la fiecare câteva ore. Datorită interacțiunii strânse, steaua însoțitoare pierde continuu masă, o parte din aceasta fiind ridicată (în terminologia astronomică: „accentuată”) de pitica albă.
Un pitic alb reprezintă penultimul stadiu al unei stele de tip solar. Reactorul nuclear din nucleul său a rămas fără combustibil cu mult timp în urmă și este acum inactiv. Cu toate acestea, la un moment dat, greutatea de montare a materialului acumulat va crește presiunea în interiorul piticului alb atât de mult încât cenușa nucleară de acolo se va aprinde și va începe să ardă în elemente și mai grele. Acest proces devine foarte repede necontrolat și întreaga stea este aruncată în bucăți într-un eveniment dramatic. Se observă o minge de foc extrem de fierbinte care depășește adesea galaxia gazdă.
Forma exploziei
Deși toate supernovele de tip Ia au proprietăți destul de similare, până acum nu a fost clar cât de asemănător ar părea un astfel de eveniment observatorilor care îl văd din direcții diferite. Toate ouăle arată similar și nu se disting între ele atunci când sunt privite din același unghi, dar vedere laterală (ovală) este, în mod evident, diferită de vederea finală (rotundă).
Și într-adevăr, dacă exploziile de supernova de tip Ia ar fi asimetrice, ele ar străluci cu luminozitate diferită în direcții diferite. Prin urmare, observațiile diferitelor supernove - văzute sub unghiuri diferite - nu ar putea fi comparate direct.
Necunoscând aceste unghiuri, astronomi ar deduce apoi distanțe incorecte și precizia acestei metode fundamentale pentru măsurarea structurii Universului ar fi în discuție.
Polarimetrie la salvare
Un calcul simplu arată că, chiar și pentru ochii de vultur ai interferometrului VLT (VLTI), toate supernovele la distanțe cosmologice vor apărea ca puncte de lumină nesoluționate; pur și simplu sunt prea departe. Există însă o altă modalitate de a determina unghiul în care este privită o anumită supernovă: polarimetria este numele trucului!
Polarimetria funcționează astfel: lumina este compusă din unde electromagnetice (sau fotoni) care oscilează în anumite direcții (planuri). Reflectarea sau împrăștierea luminii favorizează anumite orientări ale câmpurilor electrice și magnetice asupra altora. Acesta este motivul pentru care ochelarii de soare polarizanți pot filtra strălucirea luminii solare care se reflectă de pe un iaz.
Când lumina se împrăștie prin resturile în expansiune ale unei supernove, păstrează informații despre orientarea straturilor de împrăștiere. Dacă supernova este sferic simetrică, toate orientările vor fi prezente în mod egal și vor ieși în medie, deci nu va exista polarizare netă. Dacă totuși, carcasa de gaz nu este rotundă, pe lumina se va imprima o ușoară polarizare netă.
„Chiar și pentru asimetrii destul de notabile, polarizarea este foarte mică și abia depășește nivelul de un procent”, spune Dietrich Baade, astronom ESO și un membru al echipei care a efectuat observațiile. „Măsurarea lor necesită un instrument care este foarte sensibil și foarte stabil. “
Măsurarea surselor de lumină slabă și îndepărtată a diferențelor la un nivel mai mic de un procent reprezintă o provocare observațională considerabilă. „Cu toate acestea, telescopul foarte mare al ESO (VLT) oferă precizia, puterea de colectare a luminii, precum și instrumentația specializată necesară pentru o observație atât de solicitantă polarimetrică”, explică Dietrich Baade. „Dar acest proiect nu ar fi fost posibil fără operațiunea VLT în modul service. Este cu adevărat imposibil de prezis când va exploda o supernova și trebuie să fim pregătiți tot timpul. Doar modul de serviciu permite observații la scurt timp. În urmă cu câțiva ani, directoratul ESO a decis să pună atâta accent pe modul Service. Și echipa de astronomi competenți și devotați de la Paranal a făcut acest concept un succes practic ”, adaugă el.
Astronomii [1] au folosit instrumentul FORS1 multi-mod VLT pentru a observa SN 2001el, o supernova de tip Ia care a fost descoperită în septembrie 2001 în galaxia NGC 1448, cf. PR Foto 24a / 03 la o distanță de 60 de milioane de ani-lumină.
Observațiile obținute cu aproximativ o săptămână înainte ca această supernovă să atingă luminozitatea maximă în jurul datei de 2 octombrie, au relevat polarizarea la niveluri de 0,2-0,3% (PR foto 24b / 03). Aproape de lumină maximă și până la două săptămâni după aceea, polarizarea era încă măsurabilă. La șase săptămâni după maxim, polarizarea scăzuse sub detectabilitate.
Este prima dată când s-a descoperit că o supernovă normală de tip Ia prezintă astfel de dovezi clare de asimetrie.
Privind mai adânc în supernova
Imediat după explozia supernovei, cea mai mare parte a materiei expulzate se deplasează cu viteze în jur de 10.000 km / sec. În timpul acestei extinderi, straturile exterioare devin din ce în ce mai transparente. Cu timpul se poate privi astfel din ce în ce mai adânc în supernova.
Prin urmare, polarizarea măsurată în SN 2001el oferă dovezi că părțile cele mai exterioare ale supernovei (care sunt văzute pentru prima dată) sunt semnificativ asimetrice. Mai târziu, când observațiile VLT „pătrund” mai adânc spre inima supernovei, geometria exploziei este din ce în ce mai simetrică.
Dacă este modelată în ceea ce privește o formă sferoidă aplatizată, polarizarea măsurată în SN 2001el implică un raport axei minore-majore de aproximativ 0,9 înainte de atingerea luminozității maxime și o geometrie sferică simetrică de la aproximativ o săptămână după aceasta maximă și mai departe.
Implicații cosmologice
Unul dintre parametrii cheie pe care se bazează estimările distanței de tip Ia este luminozitatea optică la maxim. Asfericitatea măsurată în acest moment ar introduce o incertitudine absolută de luminozitate (dispersie) de aproximativ 10% dacă nu s-ar face nicio corecție pentru unghiul de vizualizare (ceea ce nu se cunoaște).
În timp ce supernovele de tip Ia sunt de departe cele mai bune lumânări standard pentru măsurarea distanțelor cosmologice și, prin urmare, pentru investigarea așa-numitei energii întunecate, persistă o mică incertitudine de măsurare.
„Asimetria pe care am măsurat-o în SN 2001el este suficient de mare pentru a explica o mare parte din această incertitudine intrinsecă”, spune Lifan Wang, liderul echipei. „Dacă toate supernovele de tip Ia ar fi astfel, aceasta ar însemna o mulțime de dispersie în măsurătorile de luminozitate. S-ar putea să fie și mai uniforme decât am crezut. ”
Reducerea dispersiei în măsurătorile de luminozitate ar putea fi, de asemenea, atinsă prin creșterea semnificativă a numărului de supernovee pe care le observăm, dar având în vedere că aceste măsurători cer cele mai mari și mai scumpe telescoape din lume, precum VLT, aceasta nu este cea mai eficientă metodă.
Astfel, dacă luminozitatea măsurată cu o săptămână sau două după ce s-a utilizat maximul, sfericitatea ar fi fost restabilită și nu ar exista erori sistematice din unghiul de vizualizare necunoscut. Prin această ușoară modificare a procedurii de observație, supernovele de tip Ia ar putea deveni șanțuri cosmice și mai fiabile.
Implicații teoretice
Detectarea actuală a caracteristicilor spectrale polarizate sugerează cu tărie că, pentru a înțelege fizica care stă la baza, modelarea teoretică a evenimentelor de supernove de tip Ia va trebui să se facă în toate cele trei dimensiuni cu mai multă precizie decât se face în prezent. De fapt, calculele hidrodinamice disponibile, extrem de complexe, nu au reușit până acum să reproducă structurile expuse de SN 2001el.
Mai multe informatii
Rezultatele prezentate în acest comunicat de presă au fost descrise într-o lucrare de cercetare din „Astrophysical Journal” („Spectropolarimetria SN 2001el în NGC 1448: Asfericitatea unui tip normal Ia Supernova” de Lifan Wang și coautori, volumul 591, p 1110).
notițe
[1]: Acesta este un laborator coordonat ESO / Lawrence Berkeley / Univ. al Comunicatului de presă din Texas. Comunicatul de presă LBNL este disponibil aici.
[2]: Echipa este formată din Lifan Wang, Dietrich Baade, Peter H? Flich, Alexei Khokhlov, J. Craig Wheeler, Daniel Kasen, Peter E. Nugent, Saul Perlmutter, Claes Fransson și Peter Lundqvist.
Sursa originală: Comunicat de știri ESO
