Изображение предоставлено: ESO
Новые данные, собранные очень большим телескопом Европейской южной обсерватории (VLT), по-видимому, указывают на то, что сверхновые могут не быть симметричными, когда они взрываются - их яркость меняется в зависимости от того, как вы на них смотрите. Если они ярче или тусклее в зависимости от того, как вы на них смотрите, это может привести к ошибкам при расчете расстояния. Но новое исследование показывает, что со временем они становятся более симметричными, поэтому астрономам просто нужно немного подождать, прежде чем делать свои расчеты.
Международная группа астрономов [2] выполнила новые и очень подробные наблюдения сверхновой в далекой галактике с помощью Очень большого телескопа ESO (VLT) в Обсерватории Паранал (Чили). Они впервые показывают, что особый тип сверхновой, вызванный взрывом «белого карлика», плотной звезды с массой вокруг Солнца, является асимметричным во время начальных фаз расширения.
Значение этого наблюдения намного больше, чем может показаться на первый взгляд. Этот особый вид сверхновой, обозначенный как «Тип Ia», играет очень важную роль в текущих попытках нанести на карту Вселенную. Долгое время предполагалось, что все сверхновые типа Ia имеют одинаковую внутреннюю яркость, что дает им прозвище «стандартные свечи».
Если это так, различия в наблюдаемой яркости между отдельными сверхновыми этого типа просто отражают их различные расстояния. Это, а также тот факт, что пиковая яркость этих сверхновых конкурирует с яркостью их родительской галактики, позволила измерить расстояния даже в очень удаленных галактиках. Некоторые очевидные расхождения, которые были недавно обнаружены, привели к открытию космического ускорения.
Однако это первое четкое наблюдение асимметрии взрыва в сверхновой типа Ia означает, что точная яркость такого объекта будет зависеть от угла, под которым он виден. Поскольку этот угол неизвестен для какой-либо конкретной сверхновой, это, очевидно, вносит некоторую неопределенность в этот вид базовых измерений расстояний во Вселенной, который необходимо учитывать в будущем.
К счастью, данные VLT также показывают, что если немного подождать - что с точки зрения наблюдений позволяет заглянуть глубже в расширяющийся огненный шар - тогда оно становится более сферическим. Поэтому определения расстояния сверхновых, которые выполняются на этой более поздней стадии, будут более точными.
Взрывы сверхновых и космические расстояния
Во время событий сверхновых типа Ia остатки звезд с начальной массой, в несколько раз превышающей массу Солнца (так называемые «белые карликовые звезды»), взрываются, не оставляя ничего, кроме быстро расширяющегося облака «звездной пыли».
Сверхновые типа Ia, по-видимому, очень похожи друг на друга. Это дает им очень полезную роль в качестве «стандартных свечей», которые можно использовать для измерения космических расстояний. Их пиковая яркость соперничает с пиковой галактикой, поэтому они квалифицируются как главные космические критерии.
Астрономы использовали это счастливое обстоятельство для изучения истории расширения нашей Вселенной. Недавно они пришли к фундаментальному выводу, что Вселенная расширяется с ускоряющейся скоростью, ср. ESO PR 21/98, декабрь 1998 г. (см. Также веб-страницу «Датчик ускорения сверхновой»).
Взрыв звезды белого карлика
В наиболее распространенных моделях сверхновых типа Ia звезда белого карлика до взрыва вращается вокруг звезды, подобной Солнцу, совершая оборот каждые несколько часов. Из-за тесного взаимодействия звезда-компаньон непрерывно теряет массу, часть которой улавливается (в астрономической терминологии: «аккрецирован») белым карликом.
Белый карлик представляет предпоследнюю стадию звезды солнечного типа. Ядерный реактор в его активной зоне давно исчерпал себя и теперь не работает. Тем не менее, в какой-то момент установочный вес накапливающегося материала увеличит давление внутри белого карлика до такой степени, что ядерный пепел в нем воспламенится и начнет гореть даже в более тяжелых элементах. Этот процесс очень быстро становится неуправляемым, и вся звезда разлетается на части в драматическом событии. Виден очень горячий огненный шар, который часто затмевает галактику хозяина.
Форма взрыва
Хотя все сверхновые типа Ia обладают довольно схожими свойствами, до сих пор никогда не было ясно, насколько похожим такое событие будет для наблюдателей, которые смотрят на него с разных сторон. Все яйца выглядят одинаково и неотличимы друг от друга, если смотреть под одним углом, но вид сбоку (овал), очевидно, отличается от вида с торца (круг).
И действительно, если бы взрывы сверхновых типа Ia были асимметричными, они бы сияли с разной яркостью в разных направлениях. Поэтому наблюдения за разными сверхновыми, наблюдаемыми под разными углами, нельзя сравнивать напрямую.
Однако, не зная этих углов, астрономы могли бы определить неправильные расстояния, и точность этого фундаментального метода для измерения структуры Вселенной была бы под вопросом.
Поляриметрия на помощь
Простой расчет показывает, что даже для орлиных глаз интерферометра VLT (VLTI) все сверхновые на космологических расстояниях будут отображаться как неразрешенные точки света; они просто слишком далеко. Но есть и другой способ определения угла, под которым рассматривается конкретная сверхновая: поляриметрия - это название уловки!
Поляриметрия работает следующим образом: свет состоит из электромагнитных волн (или фотонов), которые колеблются в определенных направлениях (плоскостях). Отражение или рассеяние света благоприятствует определенным ориентациям электрических и магнитных полей над другими. Вот почему поляризационные солнцезащитные очки могут отфильтровывать блики солнечного света, отражающиеся от пруда.
Когда свет рассеивается через расширяющиеся осколки сверхновой, он сохраняет информацию об ориентации рассеивающих слоев. Если сверхновая сферически симметрична, все ориентации будут присутствовать одинаково и будут усреднены, поэтому не будет никакой чистой поляризации. Однако, если газовая оболочка не является круглой, на свет будет отпечатана небольшая чистая поляризация.
«Однако даже для весьма заметной асимметрии поляризация очень мала и едва превышает уровень в один процент», - говорит Дитрих Бааде, астроном ESO и член команды, которая выполняла наблюдения. «Их измерение требует очень чувствительного и очень стабильного инструмента. »
Измерение различий в источниках слабого и удаленного света на уровне менее одного процента является значительной проблемой наблюдений. «Однако ESO Very Large Telescope (VLT) предлагает точность, мощность сбора света, а также специализированное оборудование, необходимое для столь требовательных поляриметрических наблюдений», - объясняет Дитрих Бааде. «Но этот проект был бы невозможен без использования VLT в сервисном режиме. Действительно невозможно предсказать, когда взорвется сверхновая, и мы должны быть готовы все время. Только сервисный режим позволяет проводить наблюдения в короткие сроки. Несколько лет назад руководство ESO приняло дальновидное и смелое решение уделить так много внимания сервисному режиму. И именно команда компетентных и преданных астрономов ESO на Паранале сделала эту концепцию практическим успехом », добавляет он.
Астрономы [1] использовали многомодовый прибор FORS1 VLT для наблюдения SN 2001el, сверхновой типа Ia, которая была обнаружена в сентябре 2001 года в галактике NGC 1448, ср. PR Photo 24a / 03 на расстоянии 60 миллионов световых лет.
Наблюдения, полученные примерно за неделю до того, как сверхновая достигла максимальной яркости около 2 октября, выявили поляризацию на уровне 0,2-0,3% (PR Photo 24b / 03). Вблизи максимума света и вплоть до двух недель после этого поляризация была еще измеримой. Через шесть недель после максимума поляризация упала ниже уровня обнаружения.
Впервые обнаружено, что нормальная сверхновая типа Ia демонстрирует такие явные признаки асимметрии.
Глядя глубже в сверхновую
Сразу после взрыва сверхновой большая часть изгнанного вещества движется со скоростью около 10000 км / с. Во время этого расширения внешние слои становятся все более прозрачными. Со временем можно смотреть все глубже и глубже в сверхновую.
Следовательно, поляризация, измеренная в SN 2001el, свидетельствует о том, что внешние части сверхновой (которые видны впервые) являются значительно асимметричными. Позже, когда наблюдения VLT «проникают» глубже к сердцу сверхновой, геометрия взрыва становится все более симметричной.
При моделировании в виде сплюснутой сфероидальной формы измеренная поляризация в SN 2001el подразумевает отношение малой оси к главной оси около 0,9 до достижения максимальной яркости и сферически-симметричную геометрию примерно через одну неделю после этого максимума и далее.
Космологические последствия
Одним из ключевых параметров, на которых основаны оценки расстояний типа Ia, является максимальная оптическая яркость. Измеренная асферичность в этот момент привела бы к абсолютной погрешности яркости (дисперсии) около 10%, если бы не была сделана коррекция для угла обзора (который не известен).
В то время как сверхновые типа Ia являются безусловно лучшими стандартными свечами для измерения космологических расстояний и, следовательно, для исследования так называемой темной энергии, небольшая неопределенность измерений сохраняется.
«Асимметрия, которую мы измерили в SN 2001el, достаточно велика, чтобы объяснить большую часть этой внутренней неопределенности», - говорит Лифан Ван, лидер команды. «Если бы все сверхновые типа Ia были такими, это привело бы к большой дисперсии измерений яркости. Они могут быть даже более однородными, чем мы думали.
Уменьшение дисперсии в измерениях яркости, конечно, также может быть достигнуто путем значительного увеличения числа наблюдаемых нами сверхновых звезд, но, учитывая, что эти измерения требуют самых больших и самых дорогих телескопов в мире, таких как VLT, это не самый эффективный метод.
Таким образом, если бы вместо этого использовалась яркость, измеренная через неделю или две после максимума, сферичность была бы восстановлена, и не было бы систематических ошибок из-за неизвестного угла обзора. Благодаря этому небольшому изменению процедуры наблюдения сверхновые типа Ia могут стать еще более надежными космическими критериями.
Теоретические последствия
Современное обнаружение поляризованных спектральных особенностей настоятельно предполагает, что для понимания основной физики теоретическое моделирование событий сверхновых типа Ia должно быть выполнено во всех трех измерениях с большей точностью, чем это делается в настоящее время. Фактически, доступные, очень сложные гидродинамические расчеты до сих пор не смогли воспроизвести структуры, представленные SN 2001el.
Больше информации
Результаты, представленные в этом пресс-релизе, были описаны Лифаном Вангом и соавторами, том 591, р. «Астрофизический журнал» («Спектрополяриметрия SN 2001el в NGC 1448: асферичность сверхновой нормального типа Ia»). 1110).
Ноты
[1]: Это скоординированная ESO / Национальная лаборатория им. Лоуренса Беркли / Univ. из пресс-релиза Техаса. Пресс-релиз LBNL доступен здесь.
[2]: Команда состоит из Лифана Вана, Дитриха Бааде, Питера Хлебича, Алексея Хохлова, Дж. Крейга Уилера, Дэниела Касена, Питера Э. Ньюджента, Сола Перлмуттера, Класа Франссона и Питера Лундквиста.
Источник: ESO News Release
