Astronomai tikėjo, kad visos 1a tipo supernovos yra vienodo ryškumo. Tai yra problema, nes šios supernovos yra naudojamos kaip standartinės žvakės, siekiant nustatyti atstumus per Visatą. Visai neseniai šios supernovos buvo naudojamos apskaičiuojant paslaptingąją jėgą, vadinamą tamsiąja energija, kuri, atrodo, spartina Visatos plėtimąsi.
Grupė mokslininkų, susijusių su „SuperNova Legacy Survey“ (SNLS), rado stulbinamų įrodymų, kad yra daugiau nei viena Ia tipo supernovos rūšis - sprogstamųjų žvaigždžių klasė, kuri iki šiol visais svarbiais aspektais buvo laikoma iš esmės vienoda. „Supernova SNLS-03D3bb“ yra daugiau nei dvigubai ryškesnis nei dauguma Ia tipo supernovų, tačiau turi daug mažiau kinetinės energijos ir atrodo, kad vėl yra perpus masyvesnė nei tipinė Ia rūšis.
Pagrindiniai pranešimo, kuris pasirodo rugsėjo 21 d. „Nature“ numeryje, autoriai yra Andrew Howellas, buvęs iš Lawrence Berkeley nacionalinės laboratorijos fizikos skyriaus, o dabar Toronto universitete, ir Peteris Nugentas, astrofizikas, dirbantis su Berkeley Lab kompiuteriniais tyrimais. Skyrius. Kiti pagrindiniai autoriai yra Markas Sullivanas iš Toronto universiteto ir Richardas Ellisas iš Kalifornijos technologijos instituto. Šie ir daugelis kitų „Nature“ autorių yra „Supernova“ kosmologijos projekto, įsteigto Berklio laboratorijoje, nariai.
Kadangi beveik visos iki šiol aptiktos Ia tipo supernovos yra ne tik nepaprastai ryškios, bet ir nepaprastai vienodo ryškumo, jos laikomos geriausiomis astronominėmis „standartinėmis žvakėmis“ matuojant kosmologiniais atstumais. 1998 m., Stebėjus daugybę tolimų Ia tipo supernovų, „Supernova“ kosmologijos projektas ir konkuruojanti „High-Z Supernova“ paieškos komanda paskelbė atradimą, kad visatos plėtimasis spartėja - atradimas, kuris netrukus bus priskirtas nežinomam, vadinamam tamsiuoju. energija, kuri užpildo visatą ir priešinasi abipusiam materijos gravitaciniam potraukiui.
„Manoma, kad Ia tipo supernovos yra patikimi atstumo rodikliai, nes jie turi standartinį degalų kiekį - anglies ir deguonies baltoje nykštukinėje žvaigždėje - ir turi vienodą gaiduką“, - sako Nugentas. Prognozuojama, kad jie sprogs, kai baltojo nykštuko masė priartės prie Chandrasekharo masės, kuri yra maždaug 1,4 karto didesnė už mūsų saulės masę. Tai, kad SNLS-03D3bb gerokai viršija šią masinę rūšį, atveria „Pandoros“ dėžutę. “
Kodėl dauguma Ia tipo supernovų yra vienodos
Supernovų tipai klasifikuojami pagal jų spektrus. Ia tipo spektruose nėra vandenilio linijų, tačiau jie turi silicio absorbcijos linijas, kurios nurodo jų sprogimų chemiją. Manoma, kad baltųjų nykštukinių Ia tipo supernovų palikuonys, paprastai turintys maždaug du trečdalius saulės masės, kaupia papildomą masę iš dvejetainio kompaniono, kol priartės prie Chandrasekhar ribos. Didėjant slėgiui, žvaigždutė centre esanti anglis ir deguonis susilieja, o periodinėje lentelėje gaminami elementai iki nikelio; šiame procese išsiskirianti energija žvaigždę suskaido į gabalus, įvykus titaniniam termobranduoliniam sprogimui.
Pastebėta tam tikrų Ia tipo supernovų variacijų, tačiau dažniausiai jos suderinamos. Ryškesnėms Ia rūšims reikia daugiau laiko, kad padidėtų iki maksimalaus ryškumo, ir ilgiau sumažėja. Kai atskirų šviesos kreivių laiko skalės ištempiamos, kad atitiktų normą, o ryškumas keičiamas pagal ruožą, Ia tipo šviesos kreivės sutampa.
Šviesos skirtumus gali lemti skirtingas anglies ir deguonies santykis pirmtakuose, dėl kurių sprogimo metu galutinis nikelio kiekis skiriasi. Radioaktyvusis nikelio skilimas iki kobalto ir tada geležies suteikia Ia tipo supernovų optines ir infraraudonųjų spindulių šviesos kreives. Akivaizdaus ryškumo skirtumai taip pat gali būti asimetrijos produktai; sprogimas, žiūrint iš vieno kampo, gali būti šiek tiek silpnesnis nei iš kito.
Nei vieno iš šių galimų skirtumų nepakanka norint paaiškinti supernovos SNLS-03D3bb ypatingą ryškumą, kuris yra per ryškus, kad jo šviesos kreivė „ištemptų“. Be to, daugumoje ryškesnių supernovų medžiagos, išsiskiriančios iš sprogimo, juda didesniu greičiu; tai yra, šie sprogimai turi daugiau kinetinės energijos. Tačiau SNLS-03D3bb išstūmimas buvo neįprastai lėtas.
„Andy Howell sudėjo du ir du kartu ir suprato, kad SNLS-03D3bb turi turėti super-Chandrasekhar masę“, - sako Nugentas.
Įrodymų mišios
Vienas užuominų buvo elementai, reikalingi papildomam ryškumui sukurti. „Visa Ia tipo galia gaunama deginant anglį ir deguonį sunkesniems elementams, ypač nikeliui 56“, - sako Nugentas. „Ia tipo normalus ryškumas sudaro apie 60 procentų saulės masės, vertos nikelio 56, likusieji kiti elementai. Bet SNLS-03D3bb yra daugiau nei dvigubai ryškesnis nei įprasta; jis turi turėti daugiau nei dvigubai daugiau nikelio 56. Vienintelis būdas tai gauti yra su protėviu, kuris yra 50 procentų masyvesnis nei Čandrasekharo masė. “
Kitas veiksnys yra SNLS-03D3bb ejektos lėtumas, kaip aptinkama keičiant elementines linijas jo spektre. Supernovos išstūmimo greitis priklauso nuo sprogimo metu išsiskiriančios kinetinės energijos, tai yra skirtumas tarp energijos, išsiskiriančios termobranduoliniame degime, atėmus surišimo energiją, veikiančią žvaigždę palaikyti kartu, žvaigždės masės funkciją. Kuo masyvesnė žvaigždė, tuo lėtesnė išmetimas.
Tačiau kaip anglies ir deguonies pirmtakas niekada negalėjo sukaupti didesnės nei Chandrasekhar riba masės, nesprogdamas? Gali būti, kad labai greitai besisukanti žvaigždė gali būti masyvesnė. Taip pat gali būti, kad dvi baltosios nykštukės, kurių bendra masė gerokai viršija Chandrasekhar ribą, gali susidurti ir sprogti.
Nugentas sako: „Vienas užuomina kilo iš mūsų bendraautorio Marko Sullivano, kuris SNLS duomenyse jau rado du skirtingus Ia tipo supernovos gamybos tempus. Jie gali grubiai suskaidyti į tuos, kurie kyla iš jaunų žvaigždes formuojančių galaktikų ir iš senų, negyvų galaktikų. Taigi yra požymių, kad gali būti dvi Ia tipo populiacijos, turinčios dviejų tipų protėvius ir du skirtingus sprogimo kelius. “
Senose negyvose galaktikose net didžiausios žvaigždės yra mažos, aiškina Nugentas. Tikėtinos Ia tipo supernovų rūšys, įmanomos šiose galaktikose, greičiausiai yra dvejetainės sistemos, masės kaupimosi, Chandrasekhar masės tipas. Tačiau jaunos žvaigždes formuojančios galaktikos gamina masyvius objektus ir jose gali būti gausu baltųjų nykštukių plius baltųjų nykštukių dvejetainių sistemų, vadinamųjų „dvigubai išsigimusių“ sistemų.
„Jei dvigubai išsigimęs modelis yra teisingas, tokios sistemos visada sukels super Čandrasekharo sprogimus šiose labai jaunose galaktikose“, - sako Nugentas.
Jaunos galaktikos labiau tikėtinos ankstyvojoje visatoje, taigi didesniais atstumais. Kadangi tolimos Ia tipo supernovos yra labai svarbios bandant išmatuoti tamsiosios energijos evoliuciją, labai svarbu aiškiai nustatyti Ia tipo supernovas, kurios neatitinka Chandrasekhar masės modelio. Tai lengva padaryti su Ia tipo, kaip keista, kaip su SNLS-03D3bb, tačiau ne visos super-Chandrasekhar supernovos gali būti tokios akivaizdžios.
„Vienas iš būdų nustatyti„ Super-Chandrasekhar “supernovas yra išmatuoti išmetimo greitį ir palyginti jį su ryškumu. Kitas būdas yra paimti kelis spektrus, atsižvelgiant į šviesos kreivę. Deja, spektro paėmimas yra didžiausios išlaidos atliekant tamsiosios energijos tyrimus “, - sako Nugentas. „Šių eksperimentų kūrėjai turės rasti veiksmingų būdų, kaip pašalinti super-Chandrasekhar supernovas iš jų mėginių.“
Variacijų modeliavimas
Iš dalies tikėdamasis sukurti greitą ir patikimą būdą identifikuoti Ia tipo supernovas kosmologiniams tyrimams, Nugent ir bendraautoris Richardas Ellisas iš pradžių kreipėsi į Sullivaną ir kitus SNLS narius, turėdami didelę supernovų duomenų bazę. Dirbdamas Nacionaliniame energetikos tyrimų mokslinio skaičiavimo centre (NERSC), įsikūrusiame Berklio laboratorijoje, „Nugent“ sukūrė algoritmą, kuris galėtų paimti keletą fotometrinių duomenų taškų kandidatės supernovos vystymosi pradžioje, teigiamai identifikuoti jį kaip Ia tipo ir tiksliai numatyti. jo maksimalaus ryškumo laikas.
Paaiškėjo, kad vienas iš pirmųjų Ia tipo tyrimų buvo pats SNLS-03D3bb. „Atsižvelgiant į jo raudoną poslinkį, jo signalo ir triukšmo santykis buvo toks didelis, kad jau nuo pat pradžių turėjome įtarti, kad tai bus neįprasta supernova“, - sako Nugentas.
Pirmosios įrodomos super-Chandrasekhar supernovos atradimą Nugentas vertina kaip jaudinančią perspektyvą: „Pirmą kartą nuo 1993 m.“ - kai buvo sukurtas ryškumas ir šviesos kreivės formos santykis - „dabar turime stiprią kryptį ieškoti kito parametras, apibūdinantis Ia tipo supernovos ryškumą. Ši paieška gali padėti mums geriau suprasti jų protėvius ir sistemingumą, kaip juos naudoti kaip kosmologinius zondus. “
Šis supratimas yra vienas iš pagrindinių skaičiavimo astrofizikos konsorciumo, kuriam vadovauja Stanas Woosley iš Kalifornijos universiteto Santa Kruze, tikslų ir kurį remia Energetikos departamento Mokslo tarnyba per „Mokslinių atradimų per pažangųjį kompiuterį“ (SciDAC) programą kartu su „Nugent“. ir Johnas Bellas iš Skaičiavimo tyrimų skyriaus ir NERSC tarp pagrindinių partnerių.
„Chandrasekharo 1931 metų žvaigždžių griūties modelis buvo elegantiškas ir galingas; jis laimėjo Nobelio premiją “, - sako Nugentas. „Bet tai buvo paprastas vienmatis modelis. Kaip pridėjus sukimąsi, galima viršyti Chandrasekhar masę, kaip jis pats pripažino “.
„Nugent“ sako, kad dabar naudojant superkompiuterius 2-D ir 3-D modelius, naudojant superkompiuterius, galima ištirti platesnį gamtos galimybių spektrą. „Tai yra mūsų„ SciDAC “projekto tikslas - gauti geriausius modelius ir geriausius stebėjimo duomenis bei sujungti juos taip, kad išstumtų visą vaško rutulį. Pasibaigus šiam projektui, mes žinosime viską, ką galime žinoti apie visų rūšių Ia tipo supernovas. “
„Ia tipo supernova iš„ Super-Chandrasekhar “baltosios nykštukės žvaigždės“, autoriai D. Andrew Howell, Markas Sullivanas, Peteris E. Nugentas, Richardas S. Ellisas, Aleksandras J. Conley, Damienas Le Borgne, Raymondas G. Carlbergas, Julien Guy, David Balam, Stephane Basa, Dominique Fouchez, Isobel M. Hook, Eric Y. Hsiao, James D. Neill, Reynald Pain, Kathryn M. Perret ir Christopher J. Pritchett pasirodo rugsėjo 21 d. Leidinyje „Nature and yra prieinamas internetu abonentams.
„Berkeley Lab“ yra JAV Energetikos departamento nacionalinė laboratorija, įsikūrusi Berkeley, Kalifornijoje. Jis vykdo neklasifikuotus mokslinius tyrimus ir yra valdomas Kalifornijos universiteto. Apsilankykite mūsų svetainėje adresu http://www.lbl.gov.
Originalus šaltinis: LBL žinių laida
