Кредитний імідж: ESO
Нові дані, зібрані дуже великим телескопом Європейської південної обсерваторії (VLT), свідчать про те, що наднови можуть не бути симетричними, коли вони вибухають - їх яскравість змінюється залежно від того, як ви на них дивитесь. Якщо вони яскравіші або тьмяніші, залежно від того, як ви дивитесь на них, це може спричинити помилки у ваших обчисленнях відстаней. Але нові дослідження свідчать про те, що вони з часом стають більш симетричними, тому астрономам просто потрібно трохи почекати, перш ніж робити свої розрахунки.
Міжнародна команда астрономів [2] здійснила нові та дуже детальні спостереження над надновою в далекій галактиці за допомогою дуже великого телескопа ESO в обсерваторії Паранал (Чилі). Вони вперше показують, що конкретний тип наднови, спричинений вибухом «білого карлика», щільної зірки з масою навколо Сонця, асиметричний під час початкових фаз розширення.
Значимість цього спостереження набагато більша, ніж може здатися на перший погляд. Цей особливий вид наднової, позначений «Тип Ia», відіграє дуже важливу роль у сучасних спробах скласти карту Всесвіту. Давно вважається, що всі наднови типу Ia мають однакову внутрішню яскравість, отримуючи їм прізвисько, як "стандартні свічки".
Якщо так, то відмінності в спостережуваній яскравості між окремими надновами цього типу просто відображають їх різні відстані. Це та той факт, що пікова яскравість цих супернових суперників, що їх материнська галактика, дозволили виміряти відстані навіть дуже віддалених галактик. Нещодавно знайдені явні розбіжності призвели до відкриття космічного прискорення.
Однак, це перше чітке спостереження за асиметрією вибуху в надновій типу Ia означає, що точна яскравість такого об'єкта буде залежати від кута, з якого він видно. Оскільки цей кут невідомий для будь-якої конкретної наднової, це, очевидно, вносить певну невизначеність у такі основні вимірювання відстані у Всесвіті, які необхідно враховувати у майбутньому.
На щастя, дані VLT також показують, що якщо трохи зачекати - що в умовах спостереження дає можливість зазирнути глибше в розширюється куля - тоді він стає більш сферичним. Отже, визначення відстаней наднових, які проводяться на цьому пізньому етапі, буде більш точним.
Вибухи наднової та космічні відстані
Під час подій наднової типу Ia залишки зірок, початкова маса яких до декількох разів перевищує кількість Сонця (так звані "білі карликові зірки") вибухають, не залишаючи нічого позаду, як швидко розростається хмара "зоряного пилу".
Супернові типу Ia, схоже, досить схожі між собою. Це надає їм дуже корисну роль як "стандартних свічок", які можна використовувати для вимірювання космічних відстаней. Їх пікова яскравість конкурує з батьківською галактикою, отже, вона кваліфікується як основні космічні критерії.
Астрономи використали цю вдалу обставину для вивчення історії розширення нашого Всесвіту. Нещодавно вони дійшли фундаментального висновку, що Всесвіт розширюється зі швидкістю, пор. ESO PR 21/98, грудень 1998 р. (Див. Також веб-сторінку зонда для прискорення Supernova).
Вибух білої карликової зірки
У найпоширеніших моделях наднових типу Іа передзор'яна біла карликова зірка орбітує солярну зірку-компаньйон, здійснюючи обороти кожні кілька годин. Завдяки тісній взаємодії зірка-супутник постійно втрачає масу, частину якої збирає (в астрономічній термінології: «акредитована») білим карликом.
Білий карлик представляє передостанню стадію зірки сонячного типу. Ядерний реактор в його ядрі давно закінчився паливом і зараз неактивний. Однак в якийсь момент монтажна вага накопичувального матеріалу збільшить тиск всередині білого гнома настільки, що ядерний попіл там запалиться і почне горіти на ще більш важкі елементи. Цей процес дуже швидко стає безконтрольним, і вся зірка підірвана на шматки в драматичній події. Видно надзвичайно гарячу вогняну кулю, яка часто перекриває галактику господаря.
Форма вибуху
Хоча всі наднови типу Ia мають досить схожі властивості, дотепер ніколи не було зрозуміло, наскільки схожа така подія з'явиться спостерігачам, які розглядають її з різних боків. Всі яйця виглядають схожими і не відрізняються один від одного, якщо дивитися під одним і тим же кутом, але вид збоку (овальний) явно відрізняється від виду кінця (круглий).
І справді, якби вибухи наднових типу Іа були асиметричними, вони блищали б різною яскравістю в різних напрямках. Отже, спостереження різних наднових - під різними кутами - не можна було б безпосередньо порівняти.
Однак, не знаючи цих кутів, астрономи могли б зробити неправильні відстані, і точність цього фундаментального методу оцінювання структури Всесвіту поставила б під сумнів.
Поляріметрія на допомогу
Простий підрахунок показує, що навіть орлиним очам інтерферометра ВЛТ (VLTI) всі наднові на космологічних відстанях будуть видаватися як невирішені точки світла; вони просто занадто далеко. Але є й інший спосіб визначити кут, під яким розглядається конкретна наднова: поляриметрія - назва хитрості!
Поляриметрія працює так: світло складається з електромагнітних хвиль (або фотонів), які коливаються в певних напрямках (площинах). Відбивання або розсіювання світла сприяє певним орієнтаціям електричного та магнітного полів над іншими. Ось чому поляризуючі сонцезахисні окуляри можуть відфільтрувати блиск сонячного світла, що відбивається від ставка.
Коли світло розсіюється по розширюються уламках наднової, воно зберігає інформацію про орієнтацію розсіюючих шарів. Якщо наднова сферично симетрична, всі орієнтації будуть однаковими і будуть середніми, тому неттої поляризації не буде. Якщо ж газова оболонка не кругла, на світ буде відбита незначна поляризація сітки.
"Однак навіть для досить помітних асиметрій поляризація дуже мала і ледь перевищує рівень одного відсотка", - каже Дітріх Бааде, астроном ESO та член команди, яка проводила спостереження. «Для їх вимірювання потрібен дуже чутливий і стабільний інструмент. "
Вимірювання відмінностей у слабких та віддалених джерелах світла на рівні менше одного відсотка є значною проблемою для спостереження. "Однак дуже великий телескоп ESO (VLT) пропонує точність, потужність збору світла, а також спеціалізовані прилади, необхідні для такого вимогливого поляриметричного спостереження", - пояснює Дітріх Бааде. «Але цей проект був би неможливим без того, щоб VLT працював у режимі обслуговування. Дійсно неможливо передбачити, коли вибухне наднова, і ми повинні бути готові весь час. Тільки сервісний режим дозволяє спостереження в короткий термін. Декілька років тому дирекцією ESO було далекоглядне та сміливе рішення зробити такий акцент на режимі обслуговування. І саме ця команда компетентних і відданих астрономів ESO на Paranal зробила цю концепцію практичним успіхом », - додає він.
Астрономи [1] використовували багатомодовий прилад FORS1 VLT для спостереження SN 2001el, наднової типу Ia, виявленої у вересні 2001 року в галактиці NGC 1448, пор. PR Photo 24a / 03 на відстані 60 мільйонів світлових років.
Спостереження, отримані приблизно за тиждень до того, як ця супернова досягла максимальної яскравості близько 2 жовтня, виявила поляризацію на рівнях 0,2-0,3% (PR Photo 24b / 03). Поблизу максимального світла і до двох тижнів після цього поляризація все ще була вимірюваною. Через шість тижнів після максимуму поляризація опустилася нижче виявлення.
Це перший раз, коли у звичайної наднової типу Іа виявлено такі чіткі докази асиметрії.
Зазирнути глибше в наднову
Одразу після вибуху наднової, більша частина викинутої речовини рухається зі швидкістю близько 10000 км / сек. Під час цього розширення найбільш віддалені шари стають прозорішими. З часом можна таким чином зазирнути все глибше і глибше.
Отже, поляризація, виміряна в SN 2001el, свідчить про те, що найбільш віддалені частини наднової (які вперше помічені) значно асиметричні. Пізніше, коли спостереження VLT «проникають» глибше до серця наднової, геометрія вибуху стає все більш симетричною.
Якщо моделювати з точки зору сплющеної сфероїдальної форми, вимірювана поляризація в SN 2001el передбачає відношення осі другорядного до основного рівня приблизно 0,9 до досягнення максимальної яскравості та сферично симетричної геометрії приблизно від одного тижня після цього максимуму і далі.
Космологічні наслідки
Одним з ключових параметрів, на яких базуються оцінки відстані типу Ia, є оптична яскравість на максимумі. Виміряна асферичність в цей момент вводила б абсолютну невизначеність яскравості (дисперсія) приблизно 10%, якби не було зроблено корекції кута огляду (що не відомо).
Хоча наднови типу Іа на сьогодні є найкращими стандартними свічками для вимірювання космологічних відстаней, а отже, для дослідження так званої темної енергії, зберігається невелика невизначеність вимірювання.
"Асиметрія, яку ми виміряли в SN 2001el, є достатньо великою, щоб пояснити значну частину цієї внутрішньої невизначеності", - каже Ліфан Ванг, лідер команди. "Якщо всі наднови типу Ia подібні до цього, це призвело б до великої кількості дисперсії в вимірюваннях яскравості. Вони можуть бути навіть більш рівномірними, ніж ми думали ».
Зменшення дисперсії в вимірюваннях яскравості можна, звичайно, також досягти, значно збільшивши кількість наднових, які ми спостерігаємо, але враховуючи, що ці вимірювання вимагають найбільших і найдорожчих телескопів у світі, як VLT, це не найефективніший метод.
Таким чином, якби замість цього було використано яскравість, виміряну тиждень-два після максимуму, сферичність відновилася б і не було б систематичних помилок з невідомого кута огляду. Завдяки цій незначній зміні в процедурі спостереження, наднови типу Ia можуть стати ще більш надійними космічними мірками.
Теоретичні наслідки
Нинішнє виявлення поляризованих спектральних ознак настійно говорить про те, що для розуміння основної фізики теоретичне моделювання подій наднових типів Ia доведеться робити у всіх трьох вимірах з більшою точністю, ніж це робиться в даний час. Насправді, наявні, дуже складні гідродинамічні розрахунки досі не змогли відтворити структури, викриті SN 2001el.
Більше інформації
Результати, представлені в цьому прес-релізі, були описані в дослідницькій роботі в «Астрофізичному журналі» («Спектрополяриметрія SN 2001el в NGC 1448: Асферичність нормальної типу Ia Supernova» Ліфана Ванга та співавторів, том 591, с. . 1110).
Примітки
[1]: Це скоординована ESO / Національна лабораторія Лоуренса Берклі / Ун-т. прес-релізу Техасу Прес-реліз LBNL доступний тут.
[2]: Команда складається з Ліфана Ванга, Дітріха Бааде, Пітера Хефліха, Олексія Хохлова, Дж. Крейга Уілера, Даніеля Касена, Пітера Е. Нюгента, Саула Перлмуттера, Класа Франссона та Пітера Лундквіста.
Оригінальне джерело: Новини ESO
