Кредит за изображение: ESO
Новите данни, събрани от много големия телескоп (VLT) на Европейската южна обсерватория, показват, че свръхновите може да не са симетрични, когато експлодират - яркостта им се променя в зависимост от това как ги гледате. Ако те са по-ярки или по-тъмни в зависимост от това как ги гледате, това може да доведе до грешки в изчисленията ви на разстояние. Новото изследване показва, че те стават по-симетрични с течение на времето, така че астрономите просто трябва да изчакат малко, преди да направят своите изчисления.
Международен екип от астрономи [2] извърши нови и много подробни наблюдения на свръхнова в далечна галактика с ESO Много голям телескоп (VLT) в обсерваторията Паранал (Чили). Те показват за първи път, че определен тип свръхнова, причинена от експлозията на „бяло джудже”, плътна звезда с маса около тази на Слънцето, е асиметрична по време на началните фази на разширяване.
Значението на това наблюдение е много по-голямо, отколкото може да изглежда на пръв поглед. Този конкретен вид свръхнова, обозначена „Тип Ia”, играе много важна роля в настоящите опити за картографиране на Вселената. Отдавна се предполага, че свръхновите тип Ia имат еднаква вътрешна яркост, което им носи прякор като „стандартни свещи“.
Ако е така, разликите в наблюдаваната яркост между отделните свръхнове от този тип просто отразяват различните им разстояния. Това и фактът, че пиковата яркост на тези супернови съперници, тази на тяхната родителска галактика, позволи да се измери разстоянията дори на много отдалечени галактики. Някои очевидни разминавания, които бяха открити наскоро, доведоха до откриването на космическо ускорение.
Въпреки това, това първо ясно наблюдение на асиметрията на експлозия в свръхнова тип Ia означава, че точната яркост на такъв обект ще зависи от ъгъла, от който се вижда. Тъй като този ъгъл е неизвестен за която и да е конкретна свръхнова, това очевидно въвежда известна несигурност в този вид основни измервания на разстояния във Вселената, които трябва да бъдат взети предвид в бъдеще.
За щастие, данните от VLT също показват, че ако изчакате малко - което в наблюдателни условия дава възможност да се вгледате по-дълбоко в разширяващата се огнена топка - тогава тя става по-сферична. Следователно определянето на разстоянията на свръхновите, които се извършват на този по-късен етап, ще бъде по-точно.
Избухвания на Супернова и космически разстояния
По време на свръхновите събития от тип Ia останки от звезди с първоначална маса до няколко пъти по-голяма от тази на Слънцето (така наречените „бели звезди джуджета“) експлодират, не оставяйки нищо, освен бързо разрастващ се облак от „звезден прах“.
Суперновите от тип Ia явно са доста подобни една на друга. Това им осигурява много полезна роля като „стандартни свещи“, които могат да се използват за измерване на космически разстояния. Тяхната пикова яркост се конкурира с тази на тяхната родителска галактика, следователно ги квалифицира като основни космически критерии.
Астрономите са използвали това щастливо обстоятелство, за да изучават историята на разширяването на нашата Вселена. Наскоро те стигнаха до фундаменталното заключение, че Вселената се разширява с ускоряваща се скорост, вж. ESO PR 21/98, декември 1998 г. (виж също уеб страницата на сондата за ускоряване на Supernova).
Експлозията на бяла звезда-джудже
В най-широко приетите модели на свръхновите тип Ia предизривната бяла джудже звезда обикаля около слънчева звезда, привършваща революция на всеки няколко часа. Поради близкото взаимодействие, придружителната звезда непрекъснато губи маса, част от която е събрана (в астрономическата терминология: „акредитирана“) от бялото джудже.
Бяло джудже представлява предпоследния етап на звезда от слънчев тип. Ядреният реактор в сърцевината му отдавна е изчерпал горивото и сега е неактивен. Обаче в един момент монтажното тегло на натрупания материал ще увеличи налягането вътре в бялото джудже до толкова, че ядрената пепел там ще се запали и ще започне да гори в още по-тежки елементи. Този процес много бързо става неконтролиран и цялата звезда е взривена на парчета в драматично събитие. Вижда се изключително гореща огнена топка, която често превъзхожда галактиката домакин.
Формата на експлозията
Въпреки че всички свръхнови тип Ia имат доста сходни свойства, досега не е ясно доколко подобно събитие би изглеждало на наблюдателите, които го разглеждат от различни посоки. Всички яйца изглеждат сходни и неразличими една от друга, когато се гледат от един и същ ъгъл, но страничният изглед (овален) очевидно е различен от крайния изглед (кръгъл).
И наистина, ако взривовете от свръх тип Ia бяха асиметрични, те биха светили с различна яркост в различни посоки. Следователно наблюденията на различни свръхнови - наблюдавани под различни ъгли - не биха могли да бъдат пряко сравнени.
Не знаейки тези ъгли обаче, астрономите биха направили грешни разстояния и точността на този основен метод за измерване на структурата на Вселената би била под въпрос.
Полариметрия към спасяването
Едно просто изчисление показва, че дори пред очите на орлите на VLT интерферометър (VLTI) всички свръхнови на космологични разстояния ще се появят като неразрешени светлинни точки; те са просто твърде далеч. Но има и друг начин за определяне на ъгъла, под който се гледа определена супернова: поляриметрията е името на трика!
Поляриметрията работи по следния начин: светлината е съставена от електромагнитни вълни (или фотони), които се колебаят в определени посоки (равнини). Отражението или разсейването на светлината благоприятства определени насоки на електрическите и магнитните полета спрямо други. Ето защо поляризиращите слънчеви очила могат да филтрират блясъка на слънчевата светлина, отразяваща се от езерце.
Когато светлината се разпръсва през разширяващите се отломки на свръхнова, тя запазва информация за ориентацията на разсейващите се слоеве. Ако свръхновата е сферично симетрична, всички ориентации ще присъстват еднакво и ще са средни, така че няма да има мрежова поляризация. Ако обаче газовият корпус не е кръгъл, върху светлината ще бъде отпечатана лека нетна поляризация.
„Дори и за доста забележими асиметрии обаче поляризацията е много малка и едва надхвърля нивото от един процент“, казва Дитрих Бааде, астроном на ESO и член на екипа, извършил наблюденията. „Измерването им изисква инструмент, който е много чувствителен и много стабилен. "
Измерването в слабо и далечно светлинни източници на разлики на ниво по-малко от един процент е значително наблюдение. „Въпреки това, ESO много големият телескоп (VLT) предлага прецизността, силата на събиране на светлината, както и специализираната апаратура, необходима за такова взискателно поляриметрично наблюдение“, обяснява Дитрих Бааде. „Но този проект не би бил възможен без VLT да работи в сервизен режим. Наистина е невъзможно да се предвиди кога ще избухне свръхнова и трябва да сме готови през цялото време. Само режимът на обслужване позволява наблюдения в кратки срокове. Преди няколко години дирекцията на ESO беше далновидно и смело решение да постави толкова голям акцент върху Service Mode. И именно екипът от компетентни и всеотдайни астрономи от ESO в Paranal направи тази концепция практически успешна “, добавя той.
Астрономите [1] използваха VLT многомодовия инструмент FORS1, за да наблюдават SN 2001el, свръхнова тип Ia, която беше открита през септември 2001 г. в галактиката NGC 1448, срв. PR Photo 24a / 03 на разстояние 60 милиона светлинни години.
Наблюденията, получени около седмица преди тази свръхнова достигна максимална яркост около 2 октомври, разкриха поляризация при нива от 0,2-0,3% (PR Photo 24b / 03). Почти максимална светлина и до две седмици след това поляризацията все още е измерима. Шест седмици след максимума поляризацията е спаднала под откриваемостта.
Това е първият път, когато е открита нормална свръхнова тип Ia, която показва такива ясно доказателства за асиметрия.
Поглед по-дълбоко в свръхновата
Веднага след експлозията на свръхнова, повечето от изхвърлената материя се движи със скорост около 10 000 км / сек. По време на това разширяване най-външните слоеве стават постепенно по-прозрачни. С времето човек може да погледне все по-дълбоко и по-дълбоко в свръхновата.
Поляризацията, измерена в SN 2001el, следователно дава доказателство, че най-външните части на свръхновата (които се виждат за първи път) са значително асиметрични. По-късно, когато наблюденията на VLT „проникват“ по-дълбоко към сърцето на свръхновата, геометрията на експлозията става все по-симетрична.
Ако се моделира по отношение на сплескана сфероидална форма, измерената поляризация в SN 2001el предполага съотношение между ос и мажор към главно около 0,9 преди достигане на максимална яркост и сферично симетрична геометрия от около една седмица след този максимум и нататък.
Космологични последици
Един от ключовите параметри, на който се основават оценките на разстоянието от тип Ia, е оптичната яркост на максимум. Измерената асферичност в този момент би въвела абсолютна несигурност на яркостта (дисперсия) от около 10%, ако не се направи корекция за ъгъла на видимост (което не е известно).
Докато суперновите тип Ia далеч не са най-добрите стандартни свещи за измерване на космологични разстояния и следователно за изследване на така наречената тъмна енергия, съществува малка несигурност при измерването.
„Асиметрията, която измервахме в SN 2001el, е достатъчно голяма, за да обясни голяма част от тази вътрешна несигурност“, казва Лифан Уанг, лидер на екипа. „Ако всички свръхнови тип Ia са подобни, това би представлявало голяма част от дисперсията в измерванията на яркостта. Те може да са дори по-еднообразни, отколкото сме предполагали. "
Намаляването на дисперсията при измерванията на яркостта може да се постигне и чрез значително увеличаване на броя на свръхновите, които наблюдаваме, но като се има предвид, че тези измервания изискват най-големите и скъпи телескопи в света, като VLT, това не е най-ефективният метод.
По този начин, ако вместо това се използва яркостта, измерена седмица или две след максимум, сферичността ще бъде възстановена и няма да има системни грешки от неизвестния ъгъл на видимост. Чрез тази лека промяна в процедурата на наблюдение свръхновите тип Ia могат да станат още по-надеждни космически критерии.
Теоретични последици
Настоящото откриване на поляризирани спектрални характеристики категорично подсказва, че за да се разбере основната физика, теоретичното моделиране на събитията от свръхнови тип Ia ще трябва да се извърши в трите измерения с по-голяма точност, отколкото се прави в момента. Всъщност, наличните, високо сложни хидродинамични изчисления досега не успяха да възпроизведат структурите, изложени от SN 2001el.
Повече информация
Резултатите, представени в това прессъобщение, са описани в изследователска книга в „Astrophysical Journal“ („Спектрополариметрия на SN 2001el в NGC 1448: Асферичност на нормална тип Ia Supernova“ от Лифан Уанг и съавтори, том 591, стр. 1110).
бележки
[1]: Това е координирана ESO / Lawrence Berkeley National Laboratory / Univ. на Тексас прессъобщение. Пресата за LBNL е достъпна тук.
[2]: Екипът се състои от Лифан Ванг, Дитрих Бааде, Питър Хефлих, Алексей Хохлов, Дж. Крейг Уилър, Даниел Касен, Питър Е. Нюгент, Саул Перлмутер, Клайс Франссон и Питър Лундквист.
Оригинален източник: ESO News Release
