Кредит зображення: LBL
Вимірявши поляризоване світло від незвичайної вибухової зірки, міжнародна команда астрофізиків та астрономів розробила першу детальну картину наднової типу Іа та відмінної зіркової системи, в якій вона вибухнула.
Використовуючи дуже великий телескоп Європейської південної обсерваторії в Чилі, дослідники встановили, що наднова 2002 р. Вибухнула всередині плоского щільного, незграбного диска пилу та газу, попередньо продутого від зірки-супутника. Їх робота свідчить про те, що цей та деякі інші попередники наднових типу Ia нагадують об'єкти, відомі як протопланетарні туманності, добре відомі в нашій власній галактиці Чумацький Шлях.
Ліфан Ванг з Національної лабораторії Лоуренса Берклі, Дітріх Бааде з Європейської південної обсерваторії (ESO), Пітер Хфліх та Дж. Крейг Вілер з Техаського університету в Остіні, Коджі Кавабата з Національної астрономічної обсерваторії Японії та Кенічі Номото з Університету Токіо повідомляють про свої висновки у випуску "Астрофізичного журналу" від 20 березня 2004 року.
Лиття наднових на тип
Супернові маркуються відповідно до елементів, що видно у їх спектрах: у спектрах I типу відсутні водородні лінії, тоді як у спектрах типу II є ці лінії. Що робить SN 2002ic незвичним, це те, що його спектр інакше нагадує типову наднову типу Ia, але має сильну лінію викидів водню.
Тип II та деякі інші наднови виникають, коли ядра дуже масивних зірок руйнуються і вибухають, залишаючи після себе надзвичайно щільні нейтронні зірки або навіть чорні діри. Однак наднови типу Ia вибухають за зовсім іншим механізмом.
"Супернова типу Ia - це металевий вогневий шар", - пояснює Ванг Берклі-Лаб, піонер у галузі спектроларіметрії наднових. "Тип Ia не має водню чи гелію, але багато заліза, а також радіоактивний нікель, кобальт і титан, трохи кремнію і трохи вуглецю і кисню. Отже, один з його потомників повинен бути старовинною зіркою, яка розвинулася, щоб залишити після себе вуглекисло-білого карлика. Але вуглець і кисень, як ядерне паливо, не спалюються легко. Як може вибухнути білий карлик? "
Найбільш широко прийняті моделі типу Ia припускають, що білий карлик - приблизно розміром Землі, але при цьому накопичує більшу частину маси сонця - накопичує речовину з супутника навколо орбіти, поки не досягне 1,4 сонячних мас, відомих як межа Чандрасехара. Надзвичайно щільний білий гном запалюється під потужним термоядерним вибухом, не залишаючи після себе нічого, крім зоряного пилу.
Інші схеми включають в себе злиття двох білих карликів або навіть самотнього білого гнома, який повторно збільшує матерію, пролиту молодшим «я». Незважаючи на три десятиліття пошуку, однак до відкриття та наступних спектроларіметричних досліджень SN 2002ic, не було твердих доказів для жодної моделі.
У листопаді 2002 року Майкл Вуд-Вейсі та його колеги з недалекого заводу Супернова Департаменту енергетики, що базується в лабораторії Берклі, повідомили про відкриття SN 2002ic, незабаром після того, як його вибух був виявлений майже мільярд світлових років у анонімній галактиці на сузір’я Риби.
У серпні 2003 року Маріо Хамуй із обсерваторій Карнегі та його колеги повідомили, що джерелом рясного газу, багатого воднем в SN 2002ic, швидше за все, була так звана зірка Асимптотичної гігантської гілки (AGB), зірка в останніх фазах його життя, втричі-вісім разів перевищує масу сонця - саме таку зірку, яка після того, як вона здула свої зовнішні шари водню, гелію та пилу, залишає позаду білого карлика.
Більше того, ця, здавалося б, суперечлива суперна - тип Ia з воднем - насправді була схожа на інші, багаті воднем наднови, раніше призначені типу IIn. Це, в свою чергу, припускає, що, хоча наднови типу Іа справді надзвичайно схожі, між їхніми потомниками можуть бути великі відмінності.
Оскільки наднови типу Іа настільки схожі і такі яскраві - настільки яскраві або яскравіші, ніж цілі галактики, вони стали найважливішими астрономічними стандартними свічками для вимірювання космічних відстаней і розширення Всесвіту. На початку 1998 року, проаналізувавши десятки спостережень за віддаленими надновами типу Ia, члени Департаменту космології Супернового відділу енергетики, що базується в лабораторії Берклі, разом зі своїми конкурентами в пошуковій команді High-Z Supernova, що базується в Австралії, оголосили про дивовижне відкриття, що розширення Всесвіту прискорюється.
Згодом космологи визначили, що понад дві третини Всесвіту складається з загадкового, що називається "темна енергія", що розтягує простір і рухає прискорююче розширення. Але більше дізнатися про темну енергію буде залежати від ретельного вивчення багатьох більш віддалених наднових типу Іа, включаючи кращі знання про те, які зоряні системи викликають їх.
Зображуюча структура за допомогою спектроларіметрії
Спектрополяриметрія SN 2002ic дала найбільш детальну картину системи типу Ia поки. Поляриметрія вимірює орієнтацію світлових хвиль; наприклад, сонцезахисні окуляри Polaroid "вимірюють" горизонтальну поляризацію, коли вони блокують частину світла, відбитого від плоских поверхонь. Однак у такому предметі, як хмара пилу або зоряного вибуху, світло не відбивається від поверхонь, а розсіюється від частинок або електронів.
Якщо хмара пилу або вибух є сферичною і рівномірно гладкою, всі орієнтації представлені однаково, а поляризація сітки дорівнює нулю. Але якщо об’єкт не сферичної форми - наприклад, як диск або сигара - наприклад, більше світла буде коливатися в одних напрямках, ніж в інших.
Навіть при досить помітних асиметріях чиста поляризація рідко перевищує один відсоток. Таким чином, для спектроларіметрічного інструменту ESO було викликом виміряти слабкий SN 2002ic, навіть використовуючи потужний дуже великий телескоп. Для отримання необхідних високоякісних даних про поляриметрію та спектроскопію знадобилося кілька годин спостереження за чотири ночі.
Спостереження команди відбулися майже через рік після вперше виявлення SN 2002ic. Супернова стала набагато біднішою, але її видатна лінія викиду водню була в шість разів яскравішою. За допомогою спектроскопії астрономи підтвердили спостереження Хамуя та його соратників, що викид, що розширюється назовні від вибуху з великою швидкістю, наткнувся на навколишнє густе, багате на водень речовину.
Тільки нові поляриметричні дослідження, однак, могли виявити, що більша частина цієї речовини була сформована як тонкий диск. Поляризація, ймовірно, була пов'язана з взаємодією швидкісних викидів від вибуху з частинками пилу та електронами у повільно повільних речовинах. Через те, як воднева лінія прояснилася задовго після того, як вперше спостерігали наднову, астрономи вивели, що диск містить щільні скупчення і був на місці задовго до вибуху білого карлика.
"Ці вражаючі результати говорять про те, що прародитель SN 2002ic був надзвичайно схожий на об'єкти, знайомі астрономам в нашому Чумацькому Шляху, а саме протопланетарні туманності", - говорить Ван. Багато з цих туманностей є залишками здутих зовнішніх оболонок зірок Асимптотичної гігантської гілки. Такі зірки, якщо швидко обертаються, скидають тонкі нерегулярні диски.
Справа в терміні
Для того, щоб білий карлик зібрав достатньо матеріалу, щоб досягти межі Чандрасехар, потрібен мільйон років. На відміну від цього, зірка AGB втрачає велику кількість речовини відносно швидко; фаза протопланетарно-туманності є тимчасовою, триває лише кілька сотень чи тисяч років до того, як роздута речовина розсіюється. "Це маленьке вікно", - говорить Ванг, не вистачає часу, щоб серцевина, що залишилася (сама біла гном), змогла знову набрати достатню кількість матеріалу, щоб вибухнути.
Таким чином, більш імовірно, що супутник білого карлика в системі SN 2002ic вже зайнято збирав справу задовго до утворення туманності. Оскільки протопланетарна фаза триває лише кілька сотень років, і якщо припускати, що наднові типу типу Ia зазвичай потрібно мільйон років, еволюціонує, лише близько тисячної частини всіх наднових типу Ia, як очікується, будуть нагадувати SN 2002ic. Ще мало хто буде демонструвати його специфічні спектральні та поляриметричні особливості, хоча "було б надзвичайно цікаво шукати інші наднови типу Ia з окружною речовиною", - говорить Ванг.
Тим не менш, каже Дітріх Бааде, головний дослідник проекту поляриметрії, який використовував VLT, "це припущення, що всі наднови типу Ia в основному ті ж, що дозволяє пояснити спостереження SN 2002ic".
Бінарні системи з різними орбітальними характеристиками та різними видами супутників на різних стадіях еволюції зірки все ще можуть спричинити подібні вибухи за допомогою моделі нарощення. Зауважує Бааде, "Начебто своєрідний випадок SN 2002ic надає вагомих доказів того, що ці об'єкти насправді дуже схожі, як це говорить приголомшлива схожість їх кривих світла".
Показавши розподіл газу та пилу, спектроларіметрія продемонструвала, чому наднови типу Іа настільки схожі, навіть якщо маси, епохи, еволюційні стани та орбіти їх попередників можуть настільки сильно відрізнятися.
Лабораторія Берклі - це національна лабораторія Міністерства енергетики США, що знаходиться в Берклі, Каліфорнія. Він проводить некласифіковані наукові дослідження та керується Каліфорнійським університетом. Відвідайте наш веб-сайт за адресою http://www.lbl.gov.
Оригінальне джерело: Новини лабораторії Берклі
