W ciągu zaledwie trzech tygodni od odkrycia 21 stycznia 2014 r. Wiele się na temat nowej supernowej SN 2014J w Messier 82, galaktyce „Cygaro”. Oprócz wczesnego potwierdzenia opartego na jego spektrum, że rzeczywiście jest to supernowa typu Ia, obecnie jest rozumiana jako najbliższa eksplozja typu Ia do naszej galaktyki Drogi Mlecznej od 1986 roku.
Już sama wyjątkowa bliskość czyni SN 2014J jedną z najważniejszych supernowych, jakie kiedykolwiek obserwowano. Wpłynie to na nasze zrozumienie zarówno supernowych typu Ia, jak i wszechświata jako całości, ponieważ rozmiar, wiek i ostateczny los naszego Wszechświata są ściśle związane z obserwacjami supernowych typu Ia oraz ponieważ precyzja, z jaką mogą one stosowane do oszacowania odległości w skali uniwersalnej zależą przede wszystkim od najbliższych przykładów. SN 2014J najprawdopodobniej pozostanie najbliższym punktem zaczepienia w skali odległości opartej na supernowych typu Ia przez nadchodzące dziesięciolecia.
„Będąc najbliższą tego rodzaju supernową, SN 2014J pomoże nam lepiej skalibrować ekspansję Wszechświata”, powiedział Adam Riess, współtwórca projektu Supernova H0 dla równania stanu (SHOES) i współzałożyciel Nagroda Nobla z fizyki 2011.
Obserwacje supernowych typu Ia doprowadziły do odkrycia, że nasz Wszechświat składa się głównie z ciemnej energii i że jego ekspansja najwyraźniej przyspiesza. Odkrycie to przyniosło nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 2011 roku dla Riessa, Saula Perlmuttera i Briana Schmidta.
Dokładniejszy pomiar dokładnego tempa ekspansji Wszechświata był Świętym Graalem kosmologii od odkrycia Hubble'a w 1929 r. Typ Ia jest idealny do badania odległości w skali kosmicznej, ponieważ te wybuchy gwiezdne występują tylko wtedy, gdy gwiazdy białego karła przekraczają określoną masę krytyczną, równoważny 1,4 mas Słońca.
W rezultacie większość supernowych typu Ia eksploduje z mniej więcej taką samą wewnętrzną lub absolutną wielkością. Dostarczają zatem unikalnego rodzaju „świecy standardowej”, dzięki której supernowa typu Ia, którą zaobserwowano sto razy słabiej niż inna, może być rozumiana jako dokładnie dziesięć razy dalej. W praktyce uwzględniane są subtelne różnice między faktycznymi supernowymi typu Ia, które średnio wynoszą około 10% ich wpływu netto na szacunki odległości. Z technicznego punktu widzenia supernowa typu Ia zapewnia „znormalizowane świece”.
Supernowe normalnego typu Ia są dobrze poznane. W ciągu zaledwie kilku dni od odkrycia Robert Quimby z Instytutu Fizyki i Matematyki Wszechświata na Uniwersytecie w Tokio Kavli był w stanie przewidzieć szczytową pozorną wielkość m_V = 10,5 i czas największej jasności 2 lutego dla SN 2014J, ponad tydzień przed ich wystąpieniem. Jak pokazują obecnie dostępne obserwacje, podsumowane w krzywej światła dostępnej dzięki American Association of Variable Star Observers, prognozy Quimby oparte na krzywych światła innej supernowej typu Ia były trafne (patrz ryc. 1 poniżej).
Chociaż SN 2014J jest normalną supernową typu Ia, jej krzywa świetlna ujawnia, że jest bardzo zaczerwieniona, jak w przyciemnionym i zaciemnionym przez duże ilości pyłu obecnego i interweniującego w jej galaktyce gospodarza. Ilość zaczerwienień jest wskazywana przez różnicę między wielkością niebieską a wizualną. Znane jako ekstynkcja, mierzona jako E = (B-V), dla SN 2014J ekstynkcja wynosi ~ 1,3 mag. To porównuje do następnej najnowszej supernowej typu Ia, SN 2011fe w galaktyce Messier 101, w odległości 23 milionów lat świetlnych (7,0 megaparseca). Jego krzywa jasności pokazuje, że SN 2011fe był bardzo mało zaczerwieniony w porównaniu, tj. Zarówno widmo, jak i kolor są normalne.
Data pierwszego wybuchu SN 2014J została ustalona na 14 stycznia 72 UT, około tydzień przed odkryciem 21 stycznia. Zostało to odnotowane w jednym z co najmniej dwóch opublikowanych już artykułów online dotyczących SN 2014J, opublikowanym przez WeiKanga Zhenga et et al., który został już przesłany do Astrophysical Journal Letters (patrz e-druk tutaj). SN 2014J jest jedną z czterech supernowych typu Ia z obserwacjami już następnego dnia po pierwszym świetle, inni, w tym SN 2011fe wspomniany, i SN 2009ig w galaktyce NGC 1015 przy 130 milionach lat świetlnych (41 megaparseków), a SN 2013dy w galaktyka NGC 7250 o długości 46 milionów lat świetlnych (14 megaparseków).
Dwóch rywali o najbliższe supernowe typu Ia, SN 1972E w galaktyce NGC 5253 i SN 1986G w NGC 5128, galaktyce Centaurus A, cytowano wcześnie. Żadne z nich nie jest jednak uważane za bezpośrednio związane z bieżącym punktem zerowym skali odległości, ponieważ żadne nie ma nowoczesnych, pełnych, wielopasmowych i wieloetapowych obserwacji, w tym obserwacji przed maksimum, które są kwintesencją do zdefiniowania supernowych typu zerowego Ia i danych które są teraz gromadzone na SN 2014J. Na przykład SN 2002fk w galaktyce NGC 1309 przy 100 milionach lat świetlnych (31 megaparseków) jest jedną z zaledwie ośmiu supernowych typu Ia wykorzystywanych jako kalibratory punktu zerowego, ze względu na ich pełne, wielofokowe, wielopasmowe dane krzywej światła, jak zastosowane na przykład przez Riess i in. (patrz: 2011ApJ… 730..119R).
Pod względem tego, która ostatnia supernowa typu Ia była stosunkowo najbliższa, odległości do zaangażowanych galaktyk można oszacować na podstawie analizy zasadniczo wszystkich niezależnych od przesunięć ku czerwieni oszacowań odległości, które zostały opublikowane dla galaktyk od 1980 r., Co oznacza, że w erze współczesnej z wykorzystaniem CCD i w tym obserwacje oparte na Kosmicznym Teleskopie Hubble'a NASA. Takie oszacowania odległości galaktyk zestawiono w Ekstragalaktycznej bazie danych NASA / IPAC Odległości galaktyk (NED-D).
Galaxy Messier 82, gospodarz SN 2014J, znajduje się w odległości 12,0 milionów lat świetlnych (3,6 megaparseca), w oparciu o średnią z trzech rodzajów wskaźnika odległości wykorzystujących 8 różnych szacunków. Standardowe odchylenie między tymi wskaźnikami wynosi ~ 10%.
Galaxy NGC 5128, gospodarz SN 1986G, również znajduje się w odległości 12,0 milionów lat świetlnych, w oparciu o 11 różnych wskaźników wykorzystujących 46 różnych oszacowań odległości, a także ze standardowym odchyleniem między wskaźnikami wynoszącymi ~ 10%. Tak więc, z dokładnością wskaźników, obie supernowe pojawiły się w zasadniczo tej samej odległości, co potwierdza, że SN 2014J jest najbliższy od SN 1986G. Galaxy NGC 5253, gospodarz SN 1972E, jest w rzeczywistości najbliższą galaktyką, o długości 11,0 milionów lat świetlnych (3,4 megaparseka), o której wiadomo, że była gospodarzem supernowej typu Ia w epoce nowożytnej, w oparciu o 6 wskaźników z 48 szacunkami.
Uwzględnianie ściemniania z powodu pyłu w Messier 82 to tylko jedna z kilku części zaangażowanych w stosowanie danych z SN 2014J w celu oszacowania odległości. Przyszłe obserwacje jego malejącej wielkości ujawnią pełną krzywą światła. Umożliwi to oszacowanie czasu spadku i współczynników rozciągania krzywej światła. Gdy będą już dostępne, SN 2014J rozpocznie użytkowanie jako najbliższy punkt kotwiczenia supernowej typu Ia.
Bardziej kamień milowy niż kamień Rosetta, SN 2014J będzie miał jednak wpływ trwałego dziedzictwa na przyszłe zastosowania obserwacji supernowych typu Ia w kosmologii. Będzie to szczególnie istotne dla zwiększenia wykorzystania supernowej typu Ia jako kosmologicznych wskaźników odległości. Jest to ważne dla bieżących projektów, w tym projektu SHOES, programu Carnegie Hubble i innych, z których wszystkie mają na celu pomiar szybkości ekspansji Wszechświata lub stałej Hubble'a z dokładnością lepszą niż jeden procent w ciągu następnej dekady. Ten poziom dokładności jest wymagany, aby zrozumieć nie tylko dokładny rozmiar i wiek naszego Wszechświata, ale także dokładne równanie stanu rządzące całkowitą energią naszego Wszechświata, w tym jego ciemną energią.
