Obrazový kredit: ESO
Zdá se, že nová data shromážděná velmi velkým dalekohledem Evropské jižní observatoře (VLT) naznačují, že supernovy nemusí být při výbuchu symetrické - jejich jas se mění v závislosti na tom, jak se na ně díváte. Pokud jsou jasnější nebo slabší v závislosti na tom, jak se na ně díváte, může to způsobit chyby ve výpočtech vzdálenosti. Nový výzkum však naznačuje, že se postupem času stávají symetričtějšími, takže astronomové potřebují chvíli počkat, než provedou výpočty.
Mezinárodní tým astronomů [2] provedl nová a velmi podrobná pozorování supernovy ve vzdálené galaxii pomocí ESO Very Large Telescope (VLT) na Paranal Observatory (Chile). Poprvé ukazují, že určitý typ supernovy způsobený výbuchem „bílého trpaslíka“, husté hvězdy s hmotou kolem Slunce, je během počátečních fází expanze asymetrický.
Význam tohoto pozorování je mnohem větší, než by se mohlo na první pohled zdát. Tento konkrétní druh supernovy, nazvaný „Typ Ia“, hraje velmi důležitou roli v současných pokusech o zmapování vesmíru. Již dlouho se předpokládá, že všechny supernovy typu Ia mají stejný vnitřní jas, což jim dává přezdívku jako „standardní svíčky“.
Pokud ano, rozdíly pozorovaného jasu mezi jednotlivými supernovy tohoto typu jednoduše odrážejí jejich různé vzdálenosti. To a skutečnost, že vrcholný jas těchto supernov soupeří s jejich mateřskou galaxií, umožnil změřit vzdálenosti i velmi vzdálených galaxií. Některé zjevné nesrovnalosti, které byly nedávno zjištěny, vedly k objevu kosmického zrychlení.
Toto první jasné pozorování exploze asymetrie u supernovy typu Ia však znamená, že přesná jasnost takového objektu bude záviset na úhlu, ze kterého je vidět. Protože tento úhel není pro žádnou konkrétní supernovu neznámý, zjevně to přináší určitou nejistotu do tohoto druhu základních měření vzdálenosti ve vesmíru, která musí být v budoucnosti zohledněna.
Naštěstí data VLT také ukazují, že pokud počkáte trochu - což z pohledu pozorování umožňuje podívat se hlouběji do rozšiřující se ohnivé koule -, stane se to sféričtější. Stanovení vzdálenosti supernov, které se provádí v této pozdější fázi, bude proto přesnější.
Výbuchy Supernovy a kosmické vzdálenosti
Během událostí supernovy typu Ia explodují zbytky hvězd s počáteční hmotností až několikanásobně vyšší než Slunce (tzv. „Bílé trpasličí hvězdy“), nezanechávají nic jiného než rychle se rozvíjející oblak „stardust“.
Supernovy typu Ia jsou zjevně docela podobné. To jim poskytuje velmi užitečnou roli jako „standardní svíčky“, které lze použít k měření kosmických vzdáleností. Jejich vrcholná jasnost soupeří s mateřskou galaxií, a proto je kvalifikují jako prvotřídní kosmická měřítka.
Astronomové využili této šťastné okolnosti ke studiu historie expanze našeho vesmíru. Nedávno dospěli k základnímu závěru, že vesmír se rozrůstá rychlostí, srov. ESO PR 21/98, prosinec 1998 (viz také webová stránka Acerneration Probe Supernova).
Výbuch bílé trpasličí hvězdy
V nejrozšířenějších modelech supernovy typu Ia obíhá bílá explodující hvězda před explozí oběžnou hvězdu podobnou slunečnímu záření a každých pár hodin dokončuje revoluci. V důsledku úzké interakce doprovodná hvězda neustále ztrácí hmotu, jejíž část je zachycena (v astronomické terminologii: „narostlá“) bílým trpaslíkem.
Bílý trpaslík představuje předposlední fázi hvězdy slunečního typu. Jaderný reaktor v jeho jádru už dávno vyčerpal palivo a je nyní neaktivní. V určitém okamžiku však bude montážní hmotnost akumulačního materiálu zvýšit tlak uvnitř bílého trpaslíka natolik, že jaderný popel v něm zapálí a začne hořet do ještě těžších prvků. Tento proces se velmi rychle stává nekontrolovatelným a celá hvězda je vrhnuta na kusy v dramatické události. Je vidět extrémně horká ohnivá koule, která často zakrývá hostitelskou galaxii.
Tvar exploze
Ačkoli mají všechny supernovy typu Ia docela podobné vlastnosti, dosud nebylo jasné, jak podobná by se taková událost objevila pozorovatelům, kteří ji sledují z různých směrů. Všechna vejce vypadají podobně a nerozeznatelně od sebe při pohledu ze stejného úhlu, ale boční pohled (oválný) se zjevně liší od koncového pohledu (kulatý).
A pokud by výbuchy supernovy typu Ia byly asymetrické, zářily by různými světly různými směry. Pozorování různých supernov - pozorovaná pod různými úhly - proto nemohla být přímo srovnávána.
Pokud by tyto úhly neznali, astronomové by pak odvodili nesprávné vzdálenosti a byla by zpochybněna přesnost této základní metody pro měření struktury vesmíru.
Polarimetrie k záchraně
Jednoduchý výpočet ukazuje, že i pro orlové oči VLT Interferometru (VLTI) se všechny supernovy v kosmologických vzdálenostech objeví jako nevyřešené světelné body; jsou prostě příliš daleko. Existuje však i další způsob, jak určit úhel, ve kterém je konkrétní supernova viděna: polarimetrie je název triku!
Polarimetrie funguje následovně: světlo se skládá z elektromagnetických vln (nebo fotonů), které oscilují v určitých směrech (rovinách). Odraz nebo rozptyl světla upřednostňuje určité orientace elektrického a magnetického pole nad ostatními. To je důvod, proč polarizační sluneční brýle mohou odfiltrovat záblesk slunečního světla odrážející se od rybníka.
Když se světlo rozptyluje rozpínajícími se zbytky supernovy, zachovává si informaci o orientaci rozptylových vrstev. Pokud je supernova sféricky symetrická, budou všechny orientace přítomny stejně a budou průměrné, takže nedojde k žádné polarizaci sítě. Pokud však plynový obal není kulatý, bude na světlo vtisknuta slabá polarizace sítě.
„I při poměrně patrných asymetriích je však polarizace velmi malá a stěží překračuje úroveň jednoho procenta,“ říká Dietrich Baade, astronom ESO a člen týmu, který pozorování provedl. „Jejich měření vyžaduje nástroj, který je velmi citlivý a velmi stabilní. “
Měření ve slabých a vzdálených světelných zdrojích rozdílů na úrovni menší než jedno procento je značnou pozorovací výzvou. „ESO Very Large Telescope (VLT) však nabízí přesnost, sílu sběru světla a specializované vybavení potřebné pro takové náročné polarimetrické pozorování,“ vysvětluje Dietrich Baade. „Tento projekt by však nebyl možný bez provozu VLT v servisním režimu. Je skutečně nemožné předvídat, kdy exploduje supernova a my musíme být neustále připraveni. Pouze servisní režim umožňuje pozorování v krátkém čase. Před několika lety bylo prozíravé a odvážné rozhodnutí ředitelství ESO klást tolik důrazu na servisní režim. A byl to tým kompetentních a oddaných astronomů ESO na Paranalu, který učinil tento koncept praktickým úspěchem, “dodává.
Astronomové [1] použili VLT multimode FORS1 k pozorování SN 2001el, supernovy typu Ia, která byla objevena v září 2001 v galaxii NGC 1448, srov. PR Photo 24a / 03 ve vzdálenosti 60 milionů světelných let.
Pozorování získaná asi týden před tím, než tato supernova dosáhla maximálního jasu kolem 2. října, odhalila polarizaci při hladinách 0,2-0,3% (PR Photo 24b / 03). Po téměř maximálním světle a až do dvou týdnů poté byla polarizace stále měřitelná. Šest týdnů po maximu klesla polarizace pod detekovatelnost.
Je to vůbec poprvé, kdy bylo zjištěno, že normální supernova typu Ia vykazuje tak jasný důkaz asymetrie.
Při pohledu hlouběji do supernovy
Ihned po výbuchu supernovy se většina vyloučené hmoty pohybuje rychlostí kolem 10 000 km / s. Během této expanze se vnější vrstvy postupně stávají transparentnějšími. Časem se tedy člověk může dívat hlouběji a hlouběji do supernovy.
Polarizace měřená v SN 2001el proto poskytuje důkaz, že nejvzdálenější části supernovy (které jsou poprvé vidět) jsou výrazně asymetrické. Později, když pozorování VLT „pronikají“ hlouběji do srdce supernovy, geometrie exploze je stále symetričtější.
Pokud je modelováno jako zploštělý sféroidní tvar, znamená změřená polarizace v SN 2001el poměr menší k hlavní ose kolem 0,9 před dosažením maximálního jasu a sféricky symetrickou geometrií přibližně jeden týden po tomto maximu a dále.
Kosmologické důsledky
Jedním z klíčových parametrů, na nichž jsou založeny odhady vzdálenosti typu Ia, je maximální optický jas. Naměřená asféricita by v tomto okamžiku představovala absolutní nejistotu jasu (rozptyl) asi 10%, pokud by nebyla provedena korekce úhlu pohledu (což není známo).
Zatímco supernovy typu Ia jsou zdaleka nejlepší standardní svíčky pro měření kosmologických vzdáleností, a tudíž pro zkoumání tzv. Temné energie, přetrvává malá nejistota měření.
"Asymetrie, kterou jsme měřili v SN 2001el, je dostatečně velká, aby vysvětlila velkou část této vnitřní nejistoty," říká Lifan Wang, vedoucí týmu. "Pokud jsou všechny supernovy typu Ia podobné, bude to znamenat hodně rozptylu v měření jasu." Mohou být ještě jednotnější, než jsme si mysleli. “
Snížení rozptylu v měřeních jasu lze samozřejmě také dosáhnout významným zvýšením počtu supernov, které pozorujeme, ale vzhledem k tomu, že tato měření vyžadují největší a nejdražší dalekohledy na světě, jako je VLT, nejedná se o nejúčinnější metodu.
Pokud by tedy byl namísto maxima naměřen jas naměřený za týden nebo dva, pak by byla sféricita obnovena a z neznámého úhlu pohledu by nedošlo k systematickým chybám. Touto mírnou změnou v pozorovacím postupu se supernovy typu Ia mohly stát ještě spolehlivějšími kosmickými měřítky.
Teoretické důsledky
Současná detekce polarizovaných spektrálních rysů silně naznačuje, že k pochopení základní fyziky bude nutné teoretické modelování událostí supernovy typu Ia provádět ve všech třech rozměrech s větší přesností, než se v současnosti děje. Ve skutečnosti dostupné vysoce složité hydrodynamické výpočty dosud nebyly schopny reprodukovat struktury vystavené SN 2001el.
Více informací
Výsledky prezentované v této tiskové zprávě byly popsány ve výzkumném článku v „Astrophysical Journal“ („Spektropolarimetry SN 2001el v NGC 1448: Asféricita normálního typu Ia Supernova“ od Lifana Wanga a spoluautoři, svazek 591, s. 1110).
Poznámky
[1]: Toto je koordinovaná ESO / Lawrence Berkeley National Laboratory / Univ. of Texas Tisková zpráva. Tisková zpráva LBNL je k dispozici zde.
[2]: Tým se skládá z Lifana Wanga, Dietricha Baadea, Petera H. Flicha, Alexeje Khokhlova, J. Craiga Wheelera, Daniela Kasena, Petera E. Nugenta, Saula Perlmuttera, Claese Franssona a Petera Lundqvisty.
Původní zdroj: ESO News Release
