Źródło zdjęcia: LBL
Mierząc spolaryzowane światło niezwykłej eksplodującej gwiazdy, międzynarodowy zespół astrofizyków i astronomów opracował pierwszy szczegółowy obraz supernowej typu Ia i charakterystycznego układu gwiazd, w którym wybuchła.
Korzystając z bardzo dużego teleskopu Europejskiego Obserwatorium Południowego w Chile, naukowcy ustalili, że supernowa 2002ic eksplodowała w płaskim, gęstym, zbrylonym dysku pyłu i gazu, uprzednio zdmuchniętym z gwiazdy towarzyszącej. Ich praca sugeruje, że ten i niektóre inne prekursory supernowych typu Ia przypominają obiekty znane jako mgławice protoplanetarne, dobrze znane w naszej własnej galaktyce Drogi Mlecznej.
Lifan Wang z Lawrence Berkeley National Laboratory, Dietrich Baade z European Southern Observatory (ESO), Peter H? Flich i J. Craig Wheeler z University of Texas w Austin, Koji Kawabata z National Astronomical Observatory of Japan i Ken'ichi Nomoto z Uniwersytetu Tokijskiego donosi o swoich odkryciach w numerze Astrophysical Journal Letters z 20 marca 2004 r.
Przesyłanie supernowych na typ
Supernowe są znakowane zgodnie z pierwiastkami widocznymi na ich widmach: widma typu I nie mają linii wodorowych, podczas gdy widma typu II mają te linie. Tym, co czyni SN 2002ic niezwykłym, jest to, że jego spektrum przypomina typową supernową typu Ia, ale wykazuje silną linię emisji wodoru.
Typ II i niektóre inne supernowe występują, gdy rdzenie bardzo masywnych gwiazd zapadają się i wybuchają, pozostawiając po sobie wyjątkowo gęste gwiazdy neutronowe, a nawet czarne dziury. Jednak supernowe typu Ia eksplodują za pomocą zupełnie innego mechanizmu.
„Supernowa typu Ia to metalowa kula ognia”, wyjaśnia Wang Berkeley Lab, pionier w dziedzinie spektrofolimetrycznej supernowej. „Typ Ia nie ma wodoru ani helu, ale dużo żelaza, a także radioaktywny nikiel, kobalt i tytan, trochę krzemu oraz trochę węgla i tlenu. Tak więc jednym z jego przodków musi być stara gwiazda, która ewoluowała, pozostawiając po sobie białego karła tlenowo-tlenowego. Ale węgiel i tlen, jako paliwa jądrowe, nie palą się łatwo. Jak biały karzeł może eksplodować?
Najczęściej akceptowane modele typu Ia zakładają, że biały karzeł - mniej więcej wielkości Ziemi, ale skupiający większość masy Słońca - wydobywa materię z orbitującego towarzysza, aż osiągnie 1,4 masy Słońca, znanej jako granica Chandrasekhar. Teraz supermocny biały karzeł zapala się w potężnej eksplozji termojądrowej, pozostawiając jedynie gwiezdny pył.
Inne schematy obejmują połączenie dwóch białych karłów lub nawet samotnego białego karła, który ponownie akretuje materię zrzuconą przez swoje młodsze ja. Jednak pomimo trzydziestu lat poszukiwań, aż do odkrycia i późniejszych badań spektropolarno-metrycznych SN 2002ic, nie ma jednoznacznych dowodów na istnienie jakiegokolwiek modelu.
W listopadzie 2002 r. Michael Wood-Vasey i jego koledzy z pobliskiej fabryki supernowej Departamentu Energii z Berkeley Lab poinformowali o odkryciu SN 2002ic, wkrótce po wykryciu jego wybuchu w odległości prawie miliarda lat świetlnych w anonimowej galaktyce w konstelacja Ryby.
W sierpniu 2003 roku Mario Hamuy z Carnegie Observatories i jego koledzy poinformowali, że źródłem dużej ilości bogatego w wodór gazu w SN 2002ic była najprawdopodobniej tak zwana gwiazda Asymptotic Giant Branch (AGB), gwiazda w końcowych fazach jego życie, o masie trzy do ośmiu razy większej niż Słońce - to rodzaj gwiazdy, która po zdmuchnięciu zewnętrznych warstw wodoru, helu i pyłu pozostawia po sobie białego karła.
Co więcej, ta pozornie sprzeczna supernowa - typ Ia z wodorem - była w rzeczywistości podobna do innych bogatych w wodór supernowych wcześniej oznaczonych jako typ IIn. To z kolei sugeruje, że chociaż supernowe typu Ia są rzeczywiście niezwykle podobne, mogą istnieć duże różnice między ich przodkami.
Ponieważ supernowe typu Ia są tak podobne i tak jasne - tak jasne lub jaśniejsze niż całe galaktyki - stały się najważniejszymi astronomicznymi standardowymi świecami do pomiaru odległości kosmicznych i ekspansji wszechświata. Na początku 1998 r., Po przeanalizowaniu dziesiątek obserwacji odległych supernowych typu Ia, członkowie Departamentu Energii Supernova Cosmology Project z Berkeley Lab wraz ze swoimi rywalami w High-Z Supernova Search Team z Australii ogłosili zaskakujące odkrycie, że ekspansja wszechświata przyspiesza.
Kosmolodzy ustalili następnie, że ponad dwie trzecie wszechświata składa się z tajemniczego czegoś zwanego „ciemną energią”, która rozciąga przestrzeń i napędza przyspieszającą ekspansję. Jednak zdobycie większej wiedzy na temat ciemnej energii będzie zależeć od starannego zbadania o wiele bardziej odległych supernowych typu Ia, w tym lepszej wiedzy o tym, jakie układy gwiazdowe je wyzwalają.
Struktura obrazowania za pomocą spektropolarymetrii
Spektropolarymetria SN 2002ic dostarczyła najbardziej szczegółowy obraz systemu typu Ia. Polarymetria mierzy orientację fal świetlnych; na przykład okulary przeciwsłoneczne Polaroid „mierzą” polaryzację poziomą, gdy blokują część światła odbijanego od płaskich powierzchni. Jednak w obiekcie takim jak chmura pyłu lub wybuch gwiazdowy światło nie odbija się od powierzchni, lecz rozprasza z cząstek lub elektronów.
Jeśli chmura pyłu lub eksplozja są kuliste i jednolicie gładkie, wszystkie orientacje są jednakowo reprezentowane, a polaryzacja sieci wynosi zero. Ale jeśli obiekt nie jest kulisty - na przykład w kształcie tarczy lub cygara - więcej światła oscyluje w niektórych kierunkach niż w innych.
Nawet w przypadku dość zauważalnych asymetrii polaryzacja netto rzadko przekracza jeden procent. Tak więc wyzwaniem dla instrumentu spektropolarymetrycznego ESO było zmierzenie słabego SN 2002ic, nawet przy użyciu potężnego Very Large Telescope. Uzyskanie niezbędnych danych wysokiej jakości polarymetrii i spektroskopii wymagało kilku godzin obserwacji w cztery różne noce.
Obserwacje zespołu pojawiły się prawie rok po pierwszym wykryciu SN 2002ic. Supernowa stała się znacznie słabsza, ale jej wyraźna linia emisji wodoru była sześciokrotnie jaśniejsza. Za pomocą spektroskopii astronomowie potwierdzili obserwację Hamuya i jego towarzyszy, że wyrzuty rozszerzające się na zewnątrz z eksplozji z dużą prędkością wpadły na otaczającą gęstą, bogatą w wodór materię.
Jednak tylko nowe badania polarymetryczne ujawniły, że większość tej materii miała kształt cienkiego dysku. Polaryzacja była prawdopodobnie spowodowana interakcją szybkiego wyrzutu z eksplozji z cząstkami pyłu i elektronami w wolniej poruszającej się materii otaczającej. Ze względu na sposób, w jaki linia wodoru rozjaśniła się długo po zaobserwowaniu supernowej, astronomowie wywnioskowali, że dysk zawiera gęste grudki i był na miejscu na długo przed wybuchem białego karła.
„Te zaskakujące wyniki sugerują, że protoplasta SN 2002ic była niezwykle podobna do obiektów znanych astronomom w naszej Drodze Mlecznej, a mianowicie mgławic protoplanetarnych” - mówi Wang. Wiele z tych mgławic to pozostałości po zdmuchniętych zewnętrznych powłokach asymetrycznych gwiazd Giant Branch. Takie gwiazdy, jeśli szybko się obracają, wyrzucają cienkie, nieregularne dyski.
Kwestia czasu
Biały karzeł, aby zebrać wystarczającą ilość materiału, aby osiągnąć limit Chandrasekhar, zajmuje około miliona lat. Natomiast gwiazda AGB stosunkowo szybko traci duże ilości materii; faza mgławicy protoplanetarnej jest przejściowa i trwa tylko kilkaset lub tysiące lat, zanim rozproszona materia rozproszy się. „To małe okno”, mówi Wang, nie jest to wystarczająco długi czas, aby pozostały rdzeń (sam biały karzeł) mógł ponownie przyjąć wystarczającą ilość materiału do wybuchu.
Jest więc bardziej prawdopodobne, że towarzysz białego karła w systemie SN 2002ic już zajęty zbierał materię na długo przed powstaniem mgławicy. Ponieważ faza protoplanetarna trwa tylko kilkaset lat i zakładając, że ewolucja supernowej typu Ia zajmuje zwykle milion lat, oczekuje się, że tylko około jednej tysięcznej wszystkich supernowych typu Ia będzie przypominać SN 2002ic. Mniej wciąż będzie wykazywać swoje specyficzne cechy spektralne i polarymetryczne, chociaż „niezwykle interesujące byłoby poszukiwanie innych supernowych typu Ia z materią okołogwiazdową”, mówi Wang.
Niemniej jednak, mówi Dietrich Baade, główny badacz projektu polarymetrycznego wykorzystującego VLT, „to założenie, że wszystkie supernowe typu Ia są w zasadzie takie same, co pozwala wyjaśnić obserwacje SN 2002ic”.
Układy binarne o różnych charakterystykach orbitalnych i różnych rodzajach towarzyszy na różnych etapach ewolucji gwiezdnej mogą nadal powodować podobne eksplozje za pomocą modelu akrecyjnego. Baade zauważa: „Z pozoru osobliwy przypadek SN 2002ic dostarcza mocnych dowodów na to, że obiekty te są bardzo podobne, jak sugeruje oszałamiające podobieństwo ich krzywych światła”.
Pokazując rozkład gazu i pyłu, spektropolarymetria wykazała, dlaczego supernowe typu Ia są tak do siebie podobne, mimo że masy, wiek, stany ewolucyjne i orbity ich układów prekursorowych mogą się tak bardzo różnić.
Berkeley Lab to krajowe laboratorium Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych z siedzibą w Berkeley w Kalifornii. Prowadzi niesklasyfikowane badania naukowe i jest zarządzany przez University of California. Odwiedź naszą stronę internetową http://www.lbl.gov.
Oryginalne źródło: Berkeley Lab News Release
