Астрономите смятаха, че всички свръхнови тип 1а по същество са с еднаква яркост. Това е проблем, тъй като този вид свръхнови се използват като стандартни свещи, за да се определят разстоянията във Вселената. Съвсем наскоро тези свръхнови са били използвани за изчисляване на мистериозната сила, наречена тъмна енергия, която изглежда ускорява разширяването на Вселената.
Група учени, свързани с наследството на SuperNova Legacy Survey (SNLS), откриха стряскащи доказателства, че има повече от един вид свръхнова тип тип Ia, клас взривяващи се звезди, който досега се счита за по същество еднообразен във всички важни аспекти. Supernova SNLS-03D3bb е повече от два пъти по-ярка от повечето свръхни тип Ia, но има много по-малко кинетична енергия и изглежда, че е наполовина по-масивна като типичен тип Ia.
Водещите автори на доклада, който се появява в броя на Nature за 21 септември, включват Андрю Хоуъл, бивш от отдела по физика в Националната лаборатория на Лорънс Бъркли, а сега от Университета в Торонто, и Питър Нуджент, астрофизик с компютърните изследвания на Беркли Лаб. Division. Други водещи автори са Марк Съливан от Университета в Торонто и Ричард Елис от Калифорнийския технологичен институт. Тези и много от другите автори на Nature Nature са членове на космологичния проект Supernova, базиран в Berkeley Lab.
Тъй като почти всички открити досега свръхнове от тип Ia са не само забележително ярки, но забележително еднакви по своята яркост, те се считат за най-добрите астрономически „стандартни свещи“ за измерване на космологични разстояния. През 1998 г., след наблюдения на много далечни свръхнови тип Ia, Космологичният проект Supernova и съперниковият High-Z Supernova Search Team разкриват откритието си, че разширяването на Вселената се ускорява - констатация, която скоро ще бъде приписана на неизвестното нещо, наречено тъмно енергия, която изпълва вселената и се противопоставя на взаимното гравитационно привличане на материята.
„Свръхновите тип Ia се считат за надеждни индикатори за разстояние, тъй като те имат стандартно количество гориво - въглерод и кислород в бяла звезда-джудже - и имат еднакъв спусък“, казва Nugent. „Предвижда се да избухнат, когато масата на бялото джудже се приближи до масата на Чандрасехар, която е около 1,4 пъти по-голяма от масата на нашето слънце. Фактът, че SNLS-03D3bb е доста над този масов вид, отваря кутия на Пандора. "
Защо повечето свръхнови тип Ia са еднакви
Класификацията на типовете свръхнови се основава на техните спектри. Спектрите от тип Ia нямат водородни линии, но имат силициеви абсорбционни линии, представа за химията на техните експлозии. Смята се, че прародителите на бялото джудже от Supernovae от тип Ia, обикновено около две трети от масата на слънцето, привличат допълнителна маса от двоичен спътник, докато наближат границата на Chandrasekhar. Увеличаването на налягането води до въглерод и кислород в центъра на звездата да се слеят, произвеждайки елементи до никел в периодичната таблица; енергията, отделена при този процес, разрушава звездата на парчета при титанична термоядрена експлозия.
Някои вариации са наблюдавани при свръхновите тип Ia, но те са най-вече съгласувани. По-яркият тип I отнема повече време, за да се покачи до максимална яркост и по-дълго да намалява. Когато времевите скали на отделните светлинни криви са разтегнати, за да отговарят на нормата, и яркостта се мащабира според разтягането, светлинните криви тип Ia съвпадат.
Разликите в яркостта могат да се дължат на различно съотношение на въглерод и кислород в прародителите, което води до различни крайни количества никел при експлозията. Радиоактивният разпад на никел до кобалт и след това желязо захранва оптичните и близко инфрачервените светлинни криви на свръхновите тип Ia. Разликите във видимата яркост също могат да бъдат продукти на асиметрия; експлозия, гледана от един ъгъл, може да бъде малко по-тъмна, отколкото от друга.
Нито една от тези възможни разлики не е достатъчна, за да обясни екстремната яркост на supernova SNLS-03D3bb - което е много прекалено ярко за "разтягането на светлинната крива". Освен това при повечето по-ярки свръхнови вещества, изхвърлените от експлозията, пътуват с по-голяма скорост; това означава, че тези експлозии имат повече кинетична енергия. Но изхвърлянето на SNLS-03D3bb беше необичайно бавно.
„Анди Хоуел събра две и две заедно и разбра, че SNLS-03D3bb трябва да има маса на супер Чандрасехар“, казва Нуджент.
Масата на доказателствата
Една улика бяха елементите, необходими за създаване на допълнителна яркост. „Цялата мощност в тип Ia идва от изгарянето на въглерод и кислород до по-тежки елементи, по-специално никел 56“, казва Nugent. „Тип Ia с нормална яркост прави около 60 процента от слънчевата маса, струваща никел 56, останалите са други елементи. Но SNLS-03D3bb е повече от два пъти по-ярка от нормалната; трябва да има повече от два пъти повече никел 56. Единственият начин да се постигне това е с прародител, който е с 50 процента по-масивен от масата на Чандрасехар. "
Другият фактор е бавността на изхвърлянето на SNLS-03D3bb, както се открива при изместване на елементарни линии в нейния спектър. Скоростта на изтласкване на свръхнова зависи от кинетичната енергия, отделена при експлозията, която е разликата между енергията, отделена при термоядрено горене, минус свързващата енергия, която действа за задържане на звездата, функция на масата на звездата. Колкото по-масивна е звездата, толкова по-бавна еектазата.
Но как може въглерод-кислородният прародител някога да натрупа маса, по-голяма от границата на Чандрасехар, без да избухне? Възможно е много бързо въртяща се звезда да е по-масивна. Възможно е също две бели джуджета, с комбинирана маса над границата на Чандрасехар, да се сблъскат и да избухнат.
Nugent казва: „Една улика дойде от нашия съавтор Марк Съливан, който в данните на SNLS вече беше намерил две различни степени за производството на супернова тип Ia. Те могат грубо да бъдат разбити на тези, които идват от млади звездообразуващи галактики, и тези от стари, мъртви галактики. Така че има индикация, че може да има две популации от тип I, с два вида прародители и два различни пътя към експлозия. "
В стари, мъртви галактики дори най-големите звезди са малки, обяснява Nugent. Единствените видове свръхнове от тип Ia, които са възможни в тези галактики, вероятно са бинарната система, масово акредираща, тип Чандрасехар-маса. Но младите звездообразуващи галактики произвеждат масивни обекти и биха могли да бъдат богати на двоични системи с бяло джудже плюс бяло джудже, така наречените „двойно-изродени“ системи.
„Ако моделът с двойно израждане е правилен, такива системи винаги ще произвеждат супер-Чандрасехар експлозии в тези много млади галактики“, казва Нуджент.
Младите галактики са по-склонни да бъдат открити в ранната Вселена и следователно на по-големи разстояния. Тъй като отдалечените свръхнови тип Ia са от решаващо значение за усилията за измерване на еволюцията на тъмната енергия, става изключително важно ясно да се идентифицират свръхнове тип Ia, които не отговарят на модела на масата на Чандрасехар. Това е лесно да се направи с Тип Ia толкова странно, колкото SNLS-03D3bb, но не всички супер-Chandrasekhar супернове могат да бъдат толкова очевидни.
„Един от начините за откриване на супер-Чандрасехар свръхнови е чрез измерване на скоростта на изхвърляне и сравняване с яркостта. Друг начин е чрез вземане на множество спектри, докато светлинната крива се развива. За съжаление, вземането на спектри е най-големият разход в целия преследване на изследвания на тъмната енергия ", казва Nugent. „Дизайнерите на тези експерименти ще трябва да намерят ефикасни начини за елиминиране на супер-Чандрасехар свръхновите от техните проби.“
Моделиране на вариациите
Отчасти се надяваше да се разработи бърз и надежден начин за идентифициране на кандидат-свръхнове тип Ia за космологични изследвания, че Nugent и съавторът Ричард Елис първоначално се приближиха до Съливан и други членове на SNLS, с голямата си база данни от свръхнови. Работейки в Националния научно-изчислителен център за енергийни изследвания (NERSC), базиран в Berkeley Lab, Nugent разработи алгоритъм, който може да вземе няколко фотометрични точки от данни в началото на еволюцията на кандидат-свръхнова, положително да я идентифицира като тип Ia и точно да прогнозира времето за максимална яркост.
Едно от първите проучени по този начин тип Ia се оказа SNLS-03D3bb. „Имаше толкова високо съотношение сигнал / шум предвид червеното му изместване, че трябваше да подозираме от самото начало, че става въпрос за необичайна свръхнова“, казва Нуджент.
Nugent счита откриването на първата демонстративна супер-Chandrasekhar супернова като вълнуваща перспектива: „За първи път от 1993 г.“ - когато се развиха връзката между яркостта и светлината-крива - „сега имаме силна посока да търсим следващата параметър, който описва яркостта на свръхнова тип Type Ia. Това търсене може да ни доведе до много по-добро разбиране на техните потомци и систематиката на използването им като космологични сонди. “
Това разбиране е една от основните цели на Консорциума за изчислителна астрофизика, оглавяван от Стан Уосли от Калифорнийския университет в Санта Крус и подкрепян от Министерството на енергетиката от кабинета на науката чрез програмата „Научно откритие чрез усъвършенствани изчисления (SciDAC)“, с Nugent и Джон Бел от Отдела за изчислителни изследвания и NERSC сред водещите партньори.
„Моделът на Чандрасехар от 1931 г. на звездното срутване беше елегантен и мощен; спечели му Нобеловата награда “, казва Нуджент. „Но това беше прост едноизмерен модел. Само чрез добавяне на въртене човек може да надвиши масата на Чандрасехар, както той самият разпозна. "
Nugent казва, че с 2-D и 3-D моделите на свръхновите вече се използват суперкомпютри, е възможно да се проучи по-широк спектър от възможности за природата. „Това е целта на нашия проект на SciDAC, да вземем най-добрите модели и най-добрите наблюдателни данни и да ги комбинираме, за да избутаме цялата топка восък. В края на този проект ще знаем най-многото, което можем да знаем за всички видове свръхнове от тип Ia. "
„Super-type Ia Supernova от супер-Chandrasekhar Mass White Dwarf Star“, от Д. Андрю Хоуел, Марк Съливан, Питър Е. Нюгент, Ричард С. Елис, Александър Дж. Конли, Деймиън Льо Бъргне, Реймънд Г. Карлберг, Жулиен Гай, Дейвид Балам, Стефан Баса, Доминик Фучес, Изобел М. Хук, Ерик Й. Хсиао, Джеймс Д. Нийл, Рейналд Бойн, Кетрин М. Перрет и Кристофър Дж. Причет се появяват в изданието на „Природа и е достъпен онлайн за абонатите.
Berkeley Lab е национална лаборатория на САЩ по енергетика 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: LBL News Release
