Кредит за изображение: LBL
Чрез измерване на поляризирана светлина от необичайна експлодираща звезда международен екип от астрофизици и астрономи разработи първата подробна картина на свръхнова тип Type Ia и отличителната звездна система, в която тя избухна.
Използвайки много големия телескоп на Европейската южна обсерватория в Чили, изследователите определиха, че свръхнова 2002ic експлодира в плосък, плътен, тромав диск от прах и газ, по-рано издухан от другарска звезда. Работата им предполага, че този и някои други предшественици на свръхновите тип Ia наподобяват обекти, известни като протопланетарни мъглявини, добре познати в нашата собствена галактика Млечен път.
Лифан Уанг от Националната лаборатория на Лорънс Бъркли, Дитрих Бааде от Европейската южна обсерватория (ESO), Питър Хефлич и Дж. Крейг Уилър от Тексаския университет в Остин, Коджи Кавабата от Националната астрономическа обсерватория на Япония и Кеничи Номото от Университета в Токио съобщават своите открития в броя от 20 март 2004 г. на Astrophysical Journal Letters.
Леене на супернове на тип
Свръхновите се маркират според елементите, видими в техните спектри: В спектрите от тип I липсват водородни линии, докато в спектри тип II са тези линии. Това, което прави SN 2002ic необичайно е, че неговият спектър иначе прилича на типична свръхнова тип Ia, но има силна линия на емисии на водород.
Тип II и някои други свръхнови се появяват, когато сърцевините на много масивни звезди се сриват и експлодират, оставяйки след себе си изключително плътни неутронни звезди или дори черни дупки. Суперновете от тип Ia обаче избухват по много различен механизъм.
„Свръхновата тип Ia е метална огнена топка“, обяснява Ванг на Беркли Лаб, пионер в областта на суперновата спектролариметрия. „Тип Ia няма водород или хелий, но много желязо, плюс радиоактивен никел, кобалт и титан, малко силиций и малко въглерод и кислород. Така че един от неговите потомци трябва да е стара звезда, която се е развила, за да остави зад себе си въглерод-кислородно бяло джудже. Но въглеродът и кислородът като ядрени горива не изгарят лесно. Как може да избухне бяло джудже? “
Най-широко приетите модели от тип Ia предполагат, че бялото джудже - приблизително с размерите на Земята, но опаковащо по-голямата част от масата на слънцето - натрупва материя от орбитален спътник, докато достигне 1,4 слънчеви маси, известни като границата на Чандрасехар. Сега свръх плътното бяло джудже се запалва при мощна термоядрена експлозия, като не оставя след себе си нищо друго освен звездна прах.
Други схеми включват сливане на две бели джуджета или дори самотно бяло джудже, което отново натрупва материята, хвърлена от по-младото си аз. Въпреки три десетилетия на търсене, до откриването и последващите спектролариметрични изследвания на SN 2002ic, няма твърди доказателства за нито един модел.
През ноември 2002 г. Майкъл Ууд-Васи и колегите му в близката фабрика на Supernova на Министерството на енергетиката, базирана в лабораторията на Беркли, съобщават за откриването на SN 2002ic, малко след като експлозията му е била засечена на почти милиард светлинни години в анонимна галактика в съзвездие Риби.
През август 2003 г. Марио Хамуй от обсерваториите в Карнеги и неговите колеги съобщават, че източникът на богатия на водород богат газ в SN 2002ic най-вероятно е така наречената звезда на асимптотичния гигантски клон (AGB), звезда в последните фази на животът му, с три до осем пъти по-голяма от масата на слънцето - точно такава звезда, която, след като издуха външните си слоеве водород, хелий и прах, оставя след себе си бяло джудже.
Нещо повече, тази на пръв поглед противоречива свръхнова - тип Ia с водород - всъщност беше подобна на други богати на водород свръхнови, обозначени по-рано тип IIn. Това от своя страна подсказва, че макар свръхновите тип Ia наистина да са забележително сходни, може да има големи разлики между техните потомци.
Тъй като свръхновите тип Ia са толкова сходни и толкова ярки - толкова ярки или по-ярки от цели галактики, те са се превърнали в най-важните астрономически стандартни свещи за измерване на космически разстояния и разширяване на Вселената. В началото на 1998 г., след като анализираха десетки наблюдения на далечни свръхнови тип Ia, членовете на проекта за космология на Supernova Cosmology на Министерството на енергетиката, базирани в Berkeley Lab, заедно със своите съперници в екипа за търсене на Supernova High-Z, базиран в Австралия, обявиха удивителното откритие, че разширяването на Вселената се ускорява.
Впоследствие космолозите определят, че над две трети от Вселената се състои от мистериозно нещо, наречено „тъмна енергия“, което разширява пространството и задвижва ускоряващото се разширяване. Но научаването на повече за тъмната енергия ще зависи от внимателното проучване на много по-далечни свръхнове тип Ia, включително по-добро познаване на това какви звездни системи ги задействат.
Изобразяваща структура със спектролариметрия
Спектрополариметрията на SN 2002ic е предоставила най-подробната картина на система тип Ia досега. Поляриметрията измерва ориентацията на светлинните вълни; например, Polaroid слънчеви очила „измерват“ хоризонталната поляризация, когато те блокират част от светлината, отразена от плоските повърхности. В обект като облак прах или звездна експлозия обаче светлината не се отразява от повърхности, а се разпръсва от частици или от електрони.
Ако праховият облак или експлозията са сферични и равномерно гладки, всички ориентации са представени еднакво и нетната поляризация е нула. Но ако обектът не е сферичен - оформен като диск или пура, например - повече светлина ще се колебае в някои посоки, отколкото в други.
Дори при доста забележими асиметрии, нетната поляризация рядко надвишава един процент. По този начин, инструментът за спектролариметрия ESO беше предизвикателство да измери слабият SN 2002ic, дори използвайки мощния много голям телескоп. Отне няколко часа наблюдение в четири различни нощи, за да се получат необходимите висококачествени данни за поляриметрия и спектроскопия.
Наблюденията на екипа дойдоха почти година след първото откриване на SN 2002ic. Свръхновата е станала доста по-бледа, но въпреки това нейната видна линия за отделяне на водород е шест пъти по-ярка. Със спектроскопия астрономите потвърдиха наблюдението на Хамуи и неговите сътрудници, че изхвърлящата се навън от експлозията с голяма скорост изхвърляща навън околна среда е наблъскала дебела, богата на водород материя.
Само новите поляриметрични проучвания обаче могат да разкрият, че по-голямата част от тази материя е оформена като тънък диск. Поляризацията вероятно се дължи на взаимодействието на изхвърлянето на висока скорост от експлозията с праховите частици и електрони в по-бавно движещата се околна материя. Поради начина, по който водородната линия се проясни дълго след като суперновата е била наблюдавана за първи път, астрономите стигнаха до извода, че дискът включва плътни бучки и е бил на мястото си доста преди бялото джудже да избухне.
„Тези стряскащи резултати предполагат, че прародителят на SN 2002ic е забележително подобен на обекти, които са познати на астрономите в нашия Млечен път, а именно протопланетарни мъглявини“, казва Уанг. Много от тези мъглявини са останките на издуханите външни черупки на звездите на Асимптотичния гигантски клон. Такива звезди, ако се въртят бързо, изхвърлят тънки, неправилни дискове.
Въпрос на време
За да може бялото джудже да събере достатъчно материал, за да достигне границата на Чандрасехар, отнема милион години или повече. За разлика от тях, звездата от AGB губи голямо количество материя сравнително бързо; фазата на протопланетарно-мъглявината е преходна, продължава само няколко стотици или хиляди години преди раздутата материя да се разсее. „Това е малък прозорец“, казва Ванг, не е достатъчно дълго време остатъчната сърцевина (сама по себе си бяло джудже) да натрупа отново достатъчно количество материал, за да експлодира.
По този начин е по-вероятно белият спътник на джуджета в системата на SN 2002ic вече да събира материално много преди образуването на мъглявината. Тъй като протопланетарната фаза продължава само няколкостотин години и ако се приеме, че свръхновата тип Ia обикновено отнема един милион години, само около хилядна част от свръхновите тип Ia се очаква да приличат на SN 2002ic. По-малко все още ще проявяват своите специфични спектрални и поляриметрични характеристики, въпреки че „би било изключително интересно да се търсят други свръхнове от тип Ia с окръжна среда“, казва Уанг.
Въпреки това, казва Дитрих Бааде, главен изследовател на проекта за поляриметрия, използвал VLT, „това е предположението, че всички свръхнове от тип Ia са в основата си същите, което позволява да се обяснят наблюденията на SN 2002ic.“
Двоичните системи с различни орбитални характеристики и различни видове спътници на различни етапи на звездна еволюция все още могат да доведат до подобни експлозии, чрез модела на аккреция. Отбелязва Бааде, „На пръв поглед особеният случай на SN 2002ic предоставя ясни доказателства, че тези обекти всъщност много си приличат, както подсказва зашеметяващото сходство на техните светлинни криви.“
Показвайки разпределението на газа и праха, спектролариметрията показа защо свръхновите тип Ia толкова си приличат, въпреки че масите, епохите, еволюционните състояния и орбитите на техните предшественици могат да се различават толкова широко.
The Berkeley Lab е американска национална лаборатория, която се намира в Беркли, Калифорния. Той провежда некласифицирани научни изследвания и се управлява от Калифорнийския университет. Посетете нашия уебсайт на адрес http://www.lbl.gov.
Оригинален източник: Новини за лабораторията на Беркли
