Kredit gambar: LBL
Dengan mengukur cahaya terpolarisasi dari bintang yang tidak biasa meletup, pasukan astrofizik dan ahli astronomi antarabangsa telah membuat gambaran terperinci pertama supernova Jenis Ia dan sistem bintang khas di mana ia meletup.
Dengan menggunakan Teleskop Observatorium Selatan Eropah di Chile, para penyelidik menentukan bahawa supernova 2002ic meletup di dalam cakera debu dan gas yang rata dan padat, sebelumnya ditiup dari bintang pendamping. Hasil karya mereka menunjukkan bahawa ini dan beberapa pendahulu lain dari supernova Type Ia menyerupai objek yang dikenali sebagai nebula protoplanet, yang terkenal di galaksi Bima Sakti kita sendiri.
Lifan Wang dari Makmal Nasional Lawrence Berkeley, Dietrich Baade dari Balai Cerap Eropah Selatan (ESO), Peter H? Flich dan J. Craig Wheeler dari University of Texas di Austin, Koji Kawabata dari National Astronomical Observatory of Japan, dan Ken'ichi Nomoto dari Universiti Tokyo melaporkan penemuan mereka dalam terbitan Astrophysical Journal Letters pada 20 Mac 2004.
Menghantar supernova untuk menaip
Supernova dilabel mengikut unsur-unsur yang dapat dilihat dalam spektrumnya: Spektrum Jenis I kekurangan garis hidrogen, sementara spektrum Jenis II mempunyai garis-garis ini. Apa yang menjadikan SN 2002ic tidak biasa adalah spektrumnya menyerupai supernova Type Ia yang biasa tetapi menunjukkan garis pelepasan hidrogen yang kuat.
Jenis II dan beberapa supernova lain berlaku apabila teras bintang yang sangat besar runtuh dan meletup, meninggalkan bintang neutron yang sangat padat atau bahkan lubang hitam. Supernova jenis Ia, bagaimanapun, meletup dengan mekanisme yang sangat berbeza.
"Supernova Jenis Ia adalah bola api logam," jelas Berkeley Lab's Wang, perintis dalam bidang spektropolarimetri supernova. "Jenis Ia tidak memiliki hidrogen atau helium tetapi banyak besi, ditambah nikel radioaktif, kobalt, dan titanium, sedikit silikon, dan sedikit karbon dan oksigen. Jadi salah satu keturunannya mestilah bintang lama yang telah berkembang untuk meninggalkan kerdil putih karbon-oksigen. Tetapi karbon dan oksigen, sebagai bahan bakar nuklear, tidak mudah terbakar. Bagaimana kerdil putih boleh meletup? "
Model Type Ia yang paling banyak diterima menganggap bahawa kerdil putih - kira-kira seukuran Bumi tetapi memenuhi sebahagian besar jisim matahari - mengambil jirim dari rakan yang mengorbit sehingga mencapai 1.4 jisim suria, yang dikenali sebagai had Chandrasekhar. Kerdil putih yang kini sangat padat menyala dalam letupan termonuklear yang kuat, tidak meninggalkan apa-apa kecuali stardust.
Skema lain termasuk penggabungan dua kerdil putih atau bahkan kerdil putih tunggal yang memperbetulkan semula perkara yang diturunkan oleh dirinya yang lebih muda. Meskipun tiga dekad melakukan pencarian, namun, sehingga penemuan dan kajian spektropolarimetri SN 2002ic berikutnya, tidak ada bukti kukuh untuk model apa pun.
Pada bulan November 2002, Michael Wood-Vasey dan rakan-rakannya di Kilang Supernova Berdekatan Jabatan Tenaga yang berpusat di Berkeley Lab melaporkan penemuan SN 2002ic, tidak lama selepas letupannya dikesan hampir satu miliar tahun cahaya di galaksi tanpa nama di buruj Pisces.
Pada bulan Ogos 2003, Mario Hamuy dari Carnegie Observatories dan rakan-rakannya melaporkan bahawa sumber gas kaya hidrogen yang banyak pada SN 2002ic kemungkinan besar disebut sebagai Asymptotic Giant Branch (AGB) bintang, bintang dalam fasa akhir hidupnya, dengan tiga hingga lapan kali jisim matahari - hanya sejenis bintang yang, setelah menghancurkan lapisan luar hidrogen, helium, dan debu, meninggalkan kerdil putih.
Lebih-lebih lagi, supernova yang nampaknya bertentangan ini - Jenis Ia dengan hidrogen - sebenarnya serupa dengan supernova kaya hidrogen lain yang sebelumnya disebut Jenis IIn. Ini pada gilirannya menunjukkan bahawa, walaupun supernova Type Ia memang serupa, mungkin terdapat perbezaan yang luas di antara keturunannya.
Kerana supernova Jenis Ia sangat serupa dan sangat terang - sama terang atau lebih terang daripada galaksi keseluruhan - mereka telah menjadi lilin standard astronomi yang paling penting untuk mengukur jarak kosmik dan pengembangan alam semesta. Pada awal tahun 1998, setelah menganalisis puluhan pemerhatian supernova Type Ia yang jauh, anggota Projek Kosmologi Supernova Jabatan Tenaga yang berpusat di Berkeley Lab, bersama dengan pesaing mereka dalam Pasukan Pencarian Supernova High-Z yang berpusat di Australia, mengumumkan penemuan yang mengejutkan bahawa pengembangan alam semesta semakin pantas.
Ahli kosmologi kemudian menentukan bahawa lebih dari dua pertiga alam semesta terdiri daripada sesuatu yang misterius yang digelar "tenaga gelap", yang meregangkan ruang dan mendorong pengembangan yang mempercepat. Tetapi mempelajari lebih lanjut mengenai tenaga gelap akan bergantung pada kajian yang teliti terhadap supernova Jenis Ia yang jauh, termasuk pengetahuan yang lebih baik mengenai jenis sistem bintang yang mencetuskannya.
Menggambarkan struktur dengan spektropolarimetri
Spektropolarimetri SN 2002ic telah memberikan gambaran yang paling terperinci mengenai sistem Type Ia. Polarimetri mengukur orientasi gelombang cahaya; sebagai contoh, cermin mata hitam Polaroid "mengukur" polarisasi mendatar apabila mereka menyekat sebahagian cahaya yang dipantulkan dari permukaan rata. Dalam objek seperti awan debu atau letupan bintang, bagaimanapun, cahaya tidak dipantulkan dari permukaan tetapi tersebar dari zarah atau dari elektron.
Sekiranya awan atau letupan debu berbentuk sfera dan lancar, semua orientasi dilambangkan sama rata dan polarisasi bersih adalah sifar. Tetapi jika objek tersebut tidak berbentuk bulat - berbentuk seperti cakera atau cerut, misalnya - lebih banyak cahaya akan berayun di beberapa arah daripada yang lain.
Walaupun untuk asimetri yang cukup ketara, polarisasi bersih jarang melebihi satu peratus. Oleh itu, merupakan suatu cabaran bagi instrumen spektropolarimetri ESO untuk mengukur SN 2002ic samar, bahkan menggunakan Teleskop Sangat Besar yang kuat. Diperlukan beberapa jam pemerhatian pada empat malam yang berbeza untuk memperoleh data polarimetri dan spektroskopi berkualiti tinggi yang diperlukan.
Pemerhatian pasukan itu dibuat hampir setahun setelah SN 2002ic pertama kali dikesan. Supernova telah tumbuh jauh lebih lemah, namun garis pelepasan hidrogennya yang menonjol adalah enam kali lebih cerah. Dengan spektroskopi para astronom mengesahkan pemerhatian Hamuy dan rakan-rakannya, bahawa ejecta yang mengembang ke luar dari letupan pada halaju tinggi telah menjumpai bahan tebal yang kaya dengan hidrogen.
Walau bagaimanapun, hanya kajian polarimetri baru yang dapat menunjukkan bahawa kebanyakan perkara ini berbentuk cakera nipis. Polarisasi itu mungkin disebabkan oleh interaksi ejecta berkelajuan tinggi dari letupan dengan zarah-zarah debu dan elektron pada benda sekitar yang bergerak lebih perlahan. Kerana cara saluran hidrogen menjadi terang lama setelah supernova pertama kali diperhatikan, para astronom menyimpulkan bahawa cakera itu termasuk gumpalan yang padat dan telah dipasang dengan baik sebelum kerdil putih meletup.
"Hasil mengejutkan ini menunjukkan bahawa leluhur SN 2002ic sangat mirip dengan objek yang biasa dilakukan oleh para astronom di Bima Sakti kita sendiri, yaitu nebula protoplanet," kata Wang. Sebilangan besar nebula ini adalah sisa-sisa cangkerang luar bintang-bintang Cabang Gergasi Asimptotik yang tertiup. Bintang seperti itu, jika berputar dengan cepat, buang cakera nipis dan tidak teratur.
Perkara mengenai masa
Untuk seorang kerdil putih untuk mengumpulkan cukup bahan untuk mencapai had Chandrasekhar memerlukan sejuta tahun atau lebih. Sebaliknya, bintang AGB kehilangan banyak perkara dengan cepat; fasa protoplanet-nebula bersifat sementara, hanya bertahan beberapa ratus atau ribuan tahun sebelum perkara yang dilepaskan itu hilang. "Ini adalah tingkap kecil," kata Wang, tidak cukup lama untuk inti yang tersisa (itu sendiri kerdil putih) untuk mendapatkan semula bahan yang cukup untuk meletup.
Oleh itu, kemungkinan besar seorang kerdil putih dalam sistem SN 2002ic sudah sibuk mengumpulkan bahan sebelum nebula terbentuk. Kerana fasa protoplanet hanya berlangsung beberapa ratus tahun, dan dengan mengandaikan supernova Type Ia biasanya memerlukan sejuta tahun untuk berkembang, hanya sekitar seperseribu dari semua supernova Type Ia diharapkan menyerupai SN 2002ic. Lebih sedikit lagi yang akan menunjukkan ciri spektral dan polarimetriknya yang spesifik, walaupun "sangat menarik untuk mencari supernova Jenis Ia yang lain dengan keadaan tertentu," kata Wang.
Walaupun demikian, kata Dietrich Baade, penyiasat utama projek polarimetri yang menggunakan VLT, "anggapan bahawa semua supernova Type Ia pada dasarnya sama yang memungkinkan pemerhatian SN 2002ic dijelaskan."
Sistem binari dengan ciri orbit yang berbeza dan pelbagai jenis pendamping pada tahap evolusi bintang yang berlainan masih dapat menimbulkan ledakan serupa, melalui model penambahan. Catatan Baade, "Kes SN 2002ic yang nampaknya pelik memberikan bukti kuat bahawa benda-benda ini sebenarnya sama, seperti yang ditunjukkan oleh persamaan lengkungan cahaya mereka."
Dengan menunjukkan pengedaran gas dan habuk, spektropolarimetri telah menunjukkan mengapa supernova Jenis Ia sangat mirip walaupun jisim, usia, keadaan evolusi, dan orbit sistem pendahulunya mungkin sangat berbeza.
Makmal Berkeley adalah makmal kebangsaan Jabatan Tenaga A.S. yang terletak di Berkeley, California. Ia melakukan penyelidikan saintifik yang tidak diklasifikasikan dan dikendalikan oleh University of California. Lawati laman web kami di http://www.lbl.gov.
Sumber Asal: Siaran Berita Makmal Berkeley
