Πίστωση εικόνας: LBL
Μετρώντας το πολωμένο φως από ένα ασυνήθιστο αστέρι που εκρήγνυται, μια διεθνής ομάδα αστροφυσικών και αστρονόμων δημιούργησε την πρώτη λεπτομερή εικόνα ενός σουπερνόβα τύπου Ia και του χαρακτηριστικού αστρικού συστήματος στο οποίο εξερράγη.
Χρησιμοποιώντας το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο του Ευρωπαϊκού Νότιου Αστεροσκοπείου στη Χιλή, οι ερευνητές προσδιόρισαν ότι το σουπερνόβα 2002ic εξερράγη μέσα σε έναν επίπεδο, πυκνό, συσσωματωμένο δίσκο σκόνης και αερίου, που προηγουμένως είχε εκτιναχθεί μακριά από ένα συνοδό αστέρι. Η δουλειά τους προτείνει ότι αυτός και ορισμένοι άλλοι πρόδρομοι των σουπερνόβα τύπου Ia μοιάζουν με τα αντικείμενα που είναι γνωστά ως πρωτοπλανητικά νεφελώματα, πολύ γνωστά στον δικό μας Γαλαξία.
Lifan Wang του Εθνικού Εργαστηρίου Lawrence Berkeley, Dietrich Baade του Ευρωπαϊκού Νότιου Παρατηρητηρίου (ESO), Peter H?flich και J. Craig Wheeler από το Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Ώστιν, Koji Kawabata του Εθνικού Αστρονομικού Παρατηρητηρίου της Ιαπωνίας και Ken'ichi Οι Nomoto του Πανεπιστημίου του Τόκιο αναφέρουν τα ευρήματά τους στο τεύχος της 20ης Μαρτίου 2004 στο Astrophysical Journal Letters.
Χύτευση σουπερνόβα για πληκτρολόγηση
Οι σουπερνόβα επισημαίνονται σύμφωνα με τα στοιχεία που είναι ορατά στα φάσματα τους: Τα φάσματα τύπου Ι στερούνται γραμμές υδρογόνου, ενώ τα φάσματα τύπου II έχουν αυτές τις γραμμές. Αυτό που κάνει το SN 2002ic ασυνήθιστο είναι ότι το φάσμα του κατά τα άλλα μοιάζει με τυπικό σουπερνόβα τύπου Ia, αλλά παρουσιάζει μια ισχυρή γραμμή εκπομπής υδρογόνου.
Ο τύπος II και μερικοί άλλοι σουπερνόβα εμφανίζονται όταν οι πυρήνες των πολύ μεγάλων άστρων καταρρέουν και εκρήγνυνται, αφήνοντας πίσω τους εξαιρετικά πυκνά αστέρια νετρονίων ή ακόμα και μαύρες τρύπες. Οι σουπερνόβα τύπου Ia, ωστόσο, εκρήγνυνται με έναν πολύ διαφορετικό μηχανισμό.
«Μια σουπερνόβα τύπου Ia είναι μια μεταλλική βολίδα», εξηγεί ο Wang του Berkeley Lab, πρωτοπόρος στον τομέα της φασματοπολομετρίας σουπερνόβα. «Ένας Τύπος Ια δεν έχει υδρογόνο ή ήλιο, αλλά πολύ σίδηρο, συν ραδιενεργό νικέλιο, κοβάλτιο και τιτάνιο, λίγο πυρίτιο και λίγο άνθρακα και οξυγόνο. Έτσι, ένας από τους προγονούς του πρέπει να είναι ένα παλιό αστέρι που έχει εξελιχθεί για να αφήσει πίσω του έναν λευκό νάνο άνθρακα-οξυγόνου. Όμως ο άνθρακας και το οξυγόνο, ως πυρηνικά καύσιμα, δεν καίγονται εύκολα. Πώς μπορεί να εκραγεί ένας λευκός νάνος;»
Τα πιο ευρέως αποδεκτά μοντέλα Τύπου Ia υποθέτουν ότι ο λευκός νάνος - περίπου στο μέγεθος της Γης αλλά συσσωρεύει το μεγαλύτερο μέρος της μάζας του ήλιου - συσσωρεύει ύλη από έναν σύντροφο που βρίσκεται σε τροχιά μέχρι να φτάσει τις 1,4 ηλιακές μάζες, γνωστό ως Όριο Chandrasekhar . Ο πλέον υπερπυκνός λευκός νάνος αναφλέγεται σε μια ισχυρή θερμοπυρηνική έκρηξη, αφήνοντας πίσω του τίποτα άλλο παρά αστρόσκονη.
Άλλα σχήματα περιλαμβάνουν τη συγχώνευση δύο λευκών νάνων ή ακόμα και ενός μοναχικού λευκού νάνου που επανασυσσωρεύει την ύλη που έχει ρίξει ο νεότερος εαυτός του. Παρά τις τρεις δεκαετίες αναζήτησης, ωστόσο, μέχρι την ανακάλυψη και τις επακόλουθες φασματοπολωμετρικές μελέτες του SN 2002ic, δεν υπήρχαν σταθερά στοιχεία για οποιοδήποτε μοντέλο.
Τον Νοέμβριο του 2002, ο Michael Wood-Vasey και οι συνάδελφοί του στο κοντινό εργοστάσιο υπερκαινοφανών του Υπουργείου Ενέργειας με έδρα στο Berkeley Lab ανέφεραν την ανακάλυψη του SN 2002ic, λίγο μετά την ανίχνευση της έκρηξής του σχεδόν ένα δισεκατομμύριο έτη φωτός μακριά σε έναν ανώνυμο γαλαξία στο αστερισμός Ιχθύς.
Τον Αύγουστο του 2003, ο Mario Hamuy από τα Παρατηρητήρια Carnegie και οι συνεργάτες του ανέφεραν ότι η πηγή του άφθονου πλούσιου σε υδρογόνο αερίου στο SN 2002ic ήταν πιθανότατα ένα λεγόμενο αστέρι Asymptotic Giant Branch (AGB), ένα αστέρι στις τελικές φάσεις του Η ζωή του, με μάζα τρεις έως οκτώ φορές μεγαλύτερη από τον ήλιο - ακριβώς το είδος του αστεριού που, αφού διώξει τα εξωτερικά του στρώματα υδρογόνου, ηλίου και σκόνης, αφήνει πίσω του έναν λευκό νάνο.
Επιπλέον, αυτός ο φαινομενικά αντιφατικός σουπερνόβα - ένας Τύπος Ια με υδρογόνο - ήταν στην πραγματικότητα παρόμοιος με άλλους πλούσιους σε υδρογόνο σουπερνόβα που προηγουμένως ονομάστηκαν Τύπος IIn. Αυτό με τη σειρά του υποδηλώνει ότι, ενώ οι σουπερνόβα τύπου Ia είναι πράγματι εντυπωσιακά παρόμοια, μπορεί να υπάρχουν μεγάλες διαφορές μεταξύ των προγόνων τους.
Επειδή οι υπερκαινοφανείς τύπου Ia είναι τόσο όμοιοι και τόσο φωτεινοί - τόσο φωτεινοί ή φωτεινότεροι από ολόκληρους γαλαξίες - έχουν γίνει τα πιο σημαντικά αστρονομικά τυπικά κεριά για τη μέτρηση των κοσμικών αποστάσεων και της διαστολής του σύμπαντος. Στις αρχές του 1998, αφού ανέλυσαν δεκάδες παρατηρήσεις απομακρυσμένων σουπερνόβα τύπου Ia, μέλη του Προγράμματος Υπερκαινοφανών Κοσμολογίας του Υπουργείου Ενέργειας με έδρα στο Berkeley Lab, μαζί με τους αντιπάλους τους στην Ομάδα Αναζήτησης Supernova High-Z με έδρα την Αυστραλία, ανακοίνωσαν την εκπληκτική ανακάλυψη ότι η διαστολή του σύμπαντος επιταχύνεται.
Οι κοσμολόγοι στη συνέχεια προσδιόρισαν ότι πάνω από τα δύο τρίτα του σύμπαντος αποτελείται από ένα μυστηριώδες κάτι που ονομάζεται «σκοτεινή ενέργεια», το οποίο τεντώνει το διάστημα και οδηγεί την επιταχυνόμενη διαστολή. Αλλά η εκμάθηση περισσότερων για τη σκοτεινή ενέργεια θα εξαρτηθεί από την προσεκτική μελέτη πολλών πιο απομακρυσμένων σουπερνόβα τύπου Ia, συμπεριλαμβανομένης της καλύτερης γνώσης του είδους των αστρικών συστημάτων που τους πυροδοτούν.
Απεικόνιση δομής με φασματοπολομετρία
Η φασματοπολομετρία του SN 2002ic έχει δώσει την πιο λεπτομερή εικόνα ενός συστήματος τύπου Ia μέχρι τώρα. Η πολικομετρία μετρά τον προσανατολισμό των κυμάτων φωτός. Για παράδειγμα, τα γυαλιά ηλίου Polaroid «μετρούν» την οριζόντια πόλωση όταν μπλοκάρουν μέρος του φωτός που ανακλάται από επίπεδες επιφάνειες. Ωστόσο, σε ένα αντικείμενο όπως ένα σύννεφο σκόνης ή μια αστρική έκρηξη, το φως δεν αντανακλάται από τις επιφάνειες αλλά διασκορπίζεται από σωματίδια ή από ηλεκτρόνια.
Εάν το νέφος σκόνης ή η έκρηξη είναι σφαιρικό και ομοιόμορφα ομαλό, όλοι οι προσανατολισμοί αντιπροσωπεύονται εξίσου και η καθαρή πόλωση είναι μηδέν. Αλλά αν το αντικείμενο δεν είναι σφαιρικό - σε σχήμα δίσκου ή πούρου, για παράδειγμα - περισσότερο φως θα ταλαντωθεί προς ορισμένες κατευθύνσεις παρά σε άλλες.
Ακόμη και για αρκετά εμφανείς ασυμμετρίες, η καθαρή πόλωση σπάνια υπερβαίνει το ένα τοις εκατό. Επομένως, ήταν μια πρόκληση για το όργανο φασματοπολωμετρίας ESO να μετρήσει το αχνό SN 2002ic, ακόμη και χρησιμοποιώντας το ισχυρό Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο. Χρειάστηκαν αρκετές ώρες παρατήρησης σε τέσσερις διαφορετικές νύχτες για να αποκτηθούν τα απαραίτητα υψηλής ποιότητας δεδομένα πολωμετρίας και φασματοσκοπίας.
Οι παρατηρήσεις της ομάδας ήρθαν σχεδόν ένα χρόνο μετά την πρώτη ανίχνευση του SN 2002ic. Το σουπερνόβα είχε εξασθενήσει πολύ, ωστόσο η εξέχουσα γραμμή εκπομπής υδρογόνου του ήταν έξι φορές πιο φωτεινή. Με τη φασματοσκοπία, οι αστρονόμοι επιβεβαίωσαν την παρατήρηση του Hamuy και των συνεργατών του, ότι η εκτίναξη που διαστέλλεται προς τα έξω από την έκρηξη με υψηλή ταχύτητα είχε τρέξει σε περιβάλλουσα παχιά, πλούσια σε υδρογόνο ύλη.
Μόνο οι νέες πολωσιμετρικές μελέτες, ωστόσο, θα μπορούσαν να αποκαλύψουν ότι το μεγαλύτερο μέρος αυτής της ύλης είχε σχήμα λεπτού δίσκου. Η πόλωση πιθανότατα οφειλόταν στην αλληλεπίδραση της εκτόξευσης υψηλής ταχύτητας από την έκρηξη με τα σωματίδια σκόνης και τα ηλεκτρόνια στην πιο αργά κινούμενη περιβάλλουσα ύλη. Λόγω του τρόπου με τον οποίο η γραμμή του υδρογόνου είχε λαμπρύνει πολύ μετά την πρώτη παρατήρηση του σουπερνόβα, οι αστρονόμοι συμπέραναν ότι ο δίσκος περιλάμβανε πυκνές συστάδες και βρισκόταν στη θέση του πολύ πριν από την έκρηξη του λευκού νάνου.
«Αυτά τα εκπληκτικά αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι ο πρόγονος του SN 2002ic ήταν εντυπωσιακά παρόμοιος με αντικείμενα που είναι γνωστά στους αστρονόμους στον δικό μας Γαλαξία, δηλαδή τα πρωτοπλανητικά νεφελώματα», λέει ο Wang. Πολλά από αυτά τα νεφελώματα είναι τα υπολείμματα των αιωρούμενων εξωτερικών κελυφών των αστεριών του Ασυμπτωτικού Γίγαντα Κλάδου. Τέτοια αστέρια, αν περιστρέφονται γρήγορα, πετούν λεπτούς, ακανόνιστους δίσκους.
Θέμα χρόνου
Για να συγκεντρώσει ένας λευκός νάνος αρκετό υλικό για να φτάσει το όριο του Chandrasekhar χρειάζεται περίπου ένα εκατομμύριο χρόνια. Αντίθετα, ένα αστέρι AGB χάνει άφθονες ποσότητες ύλης σχετικά γρήγορα. η φάση του πρωτοπλανητικού νεφελώματος είναι παροδική, διαρκεί μόνο μερικές εκατοντάδες ή χιλιάδες χρόνια πριν διαλυθεί η ύλη που έχει εκτοξευθεί. «Είναι ένα μικρό παράθυρο», λέει ο Wang, δεν είναι αρκετός χρόνος για τον πυρήνα που έχει απομείνει (ο ίδιος είναι λευκός νάνος) για να επανασυσσωρεύσει αρκετό υλικό για να εκραγεί.
Έτσι, είναι πιο πιθανό ότι ένας λευκός νάνος σύντροφος στο σύστημα SN 2002ic συλλέγει ήδη ύλη πολύ πριν σχηματιστεί το νεφέλωμα. Επειδή η πρωτοπλανητική φάση διαρκεί μόνο μερικές εκατοντάδες χρόνια, και υποθέτοντας ότι μια σουπερνόβα τύπου Ia απαιτεί συνήθως ένα εκατομμύριο χρόνια για να εξελιχθεί, μόνο περίπου το ένα χιλιοστό όλων των σουπερνόβα τύπου Ia αναμένεται να μοιάζουν με το SN 2002ic. Λιγότεροι ακόμη θα εμφανίσουν τα συγκεκριμένα φασματικά και πολωσιμετρικά χαρακτηριστικά τους, αν και «θα ήταν εξαιρετικά ενδιαφέρον να αναζητήσουμε άλλους υπερκαινοφανείς τύπου Ia με περιαστρική ύλη», λέει ο Wang.
Ωστόσο, λέει ο Dietrich Baade, ο κύριος ερευνητής του έργου πολωμετρίας που χρησιμοποίησε το VLT, «είναι η υπόθεση ότι όλες οι υπερκαινοφανείς τύπου Ia είναι βασικά οι ίδιες που επιτρέπει να εξηγηθούν οι παρατηρήσεις του SN 2002ic».
Τα δυαδικά συστήματα με διαφορετικά τροχιακά χαρακτηριστικά και διαφορετικά είδη συντρόφων σε διαφορετικά στάδια αστρικής εξέλιξης μπορούν ακόμα να προκαλέσουν παρόμοιες εκρήξεις, μέσω του μοντέλου προσαύξησης. Σημειώνει ο Baade, «Η φαινομενικά περίεργη περίπτωση του SN 2002ic παρέχει ισχυρές αποδείξεις ότι αυτά τα αντικείμενα είναι στην πραγματικότητα πολύ όμοια, όπως υποδηλώνει η εκπληκτική ομοιότητα των καμπυλών φωτός τους».
Δείχνοντας την κατανομή του αερίου και της σκόνης, η φασματοπολομετρία έχει δείξει γιατί οι σουπερνόβα τύπου Ia μοιάζουν τόσο πολύ, παρόλο που οι μάζες, οι ηλικίες, οι εξελικτικές καταστάσεις και οι τροχιές των πρόδρομων συστημάτων τους μπορεί να διαφέρουν τόσο πολύ.
Το εργαστήριο Berkeley είναι ένα εθνικό εργαστήριο του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ που βρίσκεται στο Μπέρκλεϋ της Καλιφόρνια. Διεξάγει μη ταξινομημένη επιστημονική έρευνα και τη διαχειρίζεται το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια. Επισκεφθείτε την ιστοσελίδα μας στη διεύθυνση http://www.lbl.gov .
Αρχική πηγή: Δελτίο ειδήσεων του Berkeley Lab