Ahli astronomi dulu percaya bahawa semua supernova Jenis 1a pada dasarnya mempunyai kecerahan yang sama. Ini adalah masalah, kerana supernova jenis ini digunakan sebagai lilin standard, untuk menentukan jarak di seluruh Alam Semesta. Terkini, supernova ini telah digunakan untuk mengira daya misteri yang disebut tenaga gelap yang nampaknya mempercepat pengembangan Alam Semesta.
Sekumpulan saintis yang berafiliasi dengan SuperNova Legacy Survey (SNLS) telah menemui bukti yang mengejutkan bahawa terdapat lebih daripada satu jenis supernova Type Ia, sebuah kelas bintang yang meletup yang hingga kini dianggap pada dasarnya seragam dalam semua aspek penting. Supernova SNLS-03D3bb lebih daripada dua kali lebih terang daripada kebanyakan supernova Type Ia tetapi mempunyai tenaga kinetik yang jauh lebih sedikit, dan nampaknya separuh lagi besar seperti Type Ia biasa.
Pengarang utama laporan itu, yang muncul dalam edisi Nature pada 21 September, termasuk Andrew Howell, sebelumnya dari Bahagian Fizik di Makmal Nasional Lawrence Berkeley dan sekarang di University of Toronto, dan Peter Nugent, ahli astrofizik dengan Penyelidikan Komputasi Berkeley Lab Bahagian. Penulis utama lain ialah Mark Sullivan dari University of Toronto dan Richard Ellis dari California Institute of Technology. Ini dan banyak pengarang lain dari kertas Nature adalah anggota Projek Kosmologi Supernova yang berpusat di Berkeley Lab.
Kerana hampir semua supernova Jenis Ia yang dijumpai setakat ini tidak hanya sangat terang tetapi sangat seragam dalam kecerahannya, mereka dianggap sebagai "lilin standard" astronomi terbaik untuk pengukuran merentasi jarak kosmologi. Pada tahun 1998, setelah diperhatikan banyak supernova Type Ia yang jauh, Projek Kosmologi Supernova dan Pasukan Pencari Supernova Tinggi-Z mengumumkan penemuan mereka bahawa pengembangan alam semesta semakin cepat - penemuan yang akan segera dikaitkan dengan sesuatu yang tidak diketahui yang disebut gelap tenaga, yang memenuhi alam semesta dan menentang tarikan graviti jirim.
"Supernova jenis Ia dianggap sebagai petunjuk jarak yang boleh dipercayai kerana mereka memiliki jumlah bahan bakar standard - karbon dan oksigen dalam bintang kerdil putih - dan mereka mempunyai pemicu seragam," kata Nugent. "Mereka diperkirakan akan meletup ketika massa kerdil putih mendekati massa Chandrasekhar, yang kira-kira 1.4 kali massa matahari kita. Fakta bahawa SNLS-03D3bb mengatasi masalah besar itu membuka kotak Pandora. "
Mengapa Kebanyakan Supernova Jenis Ia Sama
Klasifikasi jenis supernova berdasarkan spektrumnya. Spektrum Jenis Ia tidak mempunyai garis hidrogen tetapi mempunyai garis penyerapan silikon, petunjuk kimia mengenai letupannya. Keturunan kerdil putih supernova Jenis Ia, biasanya kira-kira dua pertiga jisim matahari, dianggap memperoleh jisim tambahan dari pendamping binari sehingga mereka mendekati had Chandrasekhar. Peningkatan tekanan menyebabkan karbon dan oksigen di tengah bintang menyatu, menghasilkan unsur hingga nikel di atas jadual berkala; tenaga yang dibebaskan dalam proses ini meletupkan bintang kepada letupan termonuklear titanik.
Beberapa variasi telah diperhatikan pada supernova Jenis Ia, tetapi kebanyakannya tidak dapat diselaraskan. Jenis Ia lebih terang memerlukan lebih lama untuk naik ke kecerahan maksimum dan lebih lama untuk menurun. Apabila skala waktu lengkung cahaya individu diregangkan agar sesuai dengan norma, dan kecerahan dikira mengikut peregangan, kurva cahaya Jenis Ia sesuai.
Perbezaan kecerahan mungkin disebabkan oleh nisbah karbon dan oksigen yang berbeza pada nenek moyang, sehingga jumlah nikel akhir dalam letupan berbeza. Pereputan radioaktif nikel ke kobalt dan kemudian besi menguatkan lengkung cahaya optik dan inframerah dekat dari supernova Jenis Ia. Perbezaan dalam kecerahan jelas juga boleh menjadi produk asimetri; letupan yang dilihat dari satu sudut mungkin sedikit lebih malap daripada yang lain.
Tidak ada perbezaan yang mungkin untuk menjelaskan kecerahan ekstrem supernova SNLS-03D3bb - yang terlalu terang untuk "regangan" kurva cahaya. Lebih-lebih lagi, dalam kebanyakan supernova yang lebih terang, perkara yang dikeluarkan dari letupan bergerak pada halaju yang lebih tinggi; iaitu, letupan ini mempunyai lebih banyak tenaga kinetik. Tetapi pengeluaran SNLS-03D3bb sangat perlahan.
"Andy Howell menyatukan dua dan dua dan menyedari bahawa SNLS-03D3bb mesti mempunyai massa super-Chandrasekhar," kata Nugent.
Massa Bukti
Satu petunjuk adalah elemen yang diperlukan untuk menghasilkan kecerahan tambahan. "Semua kekuatan dalam Jenis Ia berasal dari pembakaran karbon dan oksigen ke elemen yang lebih berat, terutama nikel 56," kata Nugent. "Jenis Ia dengan kecerahan normal menghasilkan kira-kira 60 peratus jisim suria bernilai nikel 56, selebihnya adalah unsur lain. Tetapi SNLS-03D3bb lebih daripada dua kali lebih terang daripada biasa; ia mesti mempunyai nikel lebih dari dua kali ganda 56. Satu-satunya cara untuk mendapatkannya adalah dengan nenek moyang yang 50 peratus lebih besar daripada jisim Chandrasekhar. "
Faktor lain adalah kelambatan ejecta SNLS-03D3bb, seperti yang dikesan dalam peralihan garis elemen dalam spektrumnya. Halaju supernova ejecta bergantung pada tenaga kinetik yang dilepaskan dalam letupan, yang merupakan perbezaan antara tenaga yang dibebaskan dalam pembakaran termonuklear dikurangkan tenaga pengikat yang bertindak menahan bintang bersama, fungsi jisim bintang. Semakin besar bintang, semakin perlahan ejecta.
Tetapi bagaimana mungkin nenek moyang karbon-oksigen dapat mengumpulkan jisim lebih besar daripada had Chandrasekhar tanpa meletup? Ada kemungkinan bintang berputar yang sangat pantas boleh menjadi lebih besar. Ada juga kemungkinan bahawa dua kerdil putih, dengan jisim gabungan yang melebihi had Chandrasekhar, dapat bertembung dan meletup.
Nugent mengatakan, "Satu petunjuk datang dari penulis penulis kami Mark Sullivan, yang dalam data SNLS telah menemukan dua harga yang berbeza untuk pengeluaran supernova Type Ia. Mereka dengan kasar dapat dipecah menjadi galaksi-galaksi yang membentuk bintang muda dan dari galaksi-galaksi tua yang sudah mati. Jadi ada petunjuk bahawa mungkin ada dua populasi Jenis Ia, dengan dua jenis keturunan, dan dua jalan yang berbeza untuk meletup. "
Pada zaman dahulu, galaksi mati bahkan bintang terbesarnya kecil, Nugent menjelaskan. Satu-satunya jenis supernova Jenis Ia yang mungkin terdapat di galaksi ini adalah jenis sistem binari, penambahan jisim, jenis massa Chandrasekhar. Tetapi galaksi pembentuk bintang muda menghasilkan objek besar dan boleh kaya dengan sistem binari kerdil putih ditambah kerdil putih, yang disebut sistem "degenerasi berganda".
"Sekiranya model degenerasi ganda betul, sistem seperti itu akan selalu menghasilkan letupan super-Chandrasekhar di galaksi-galaksi yang sangat muda ini," kata Nugent.
Galaksi muda lebih cenderung dijumpai di alam semesta awal, dan dengan demikian pada jarak yang lebih jauh. Oleh kerana supernova Type Ia yang jauh sangat penting bagi usaha mengukur evolusi tenaga gelap, sangat penting untuk mengenal pasti supernova Type Ia yang tidak sesuai dengan model massa Chandrasekhar. Ini mudah dilakukan dengan Jenis Ia yang ganjil seperti SNLS-03D3bb, tetapi tidak semua supernova Chandrasekhar super begitu jelas.
"Salah satu cara untuk mengesan supernova Chandrasekhar super adalah dengan mengukur kecepatan ejecta dan membandingkannya dengan kecerahan. Cara lain adalah dengan mengambil beberapa spektrum ketika keluk cahaya berkembang. Malangnya, mengambil spektrum adalah perbelanjaan terbesar dalam keseluruhan kajian tenaga gelap, ”kata Nugent. "Pereka eksperimen ini harus mencari kaedah yang berkesan untuk menghilangkan supernova super-Chandrasekhar dari sampel mereka."
Memodelkan Variasi
Ini sebahagiannya dengan harapan dapat mengembangkan cara cepat dan dapat diandalkan untuk mengenal pasti calon supernova Type Ia untuk penyelidikan kosmologi bahawa Nugent dan pengarang bersama Richard Ellis pada mulanya mendekati Sullivan dan anggota SNLS yang lain, dengan pangkalan data supernova yang besar. Bekerja di pusat Pengkomputeran Ilmiah Penyelidikan Tenaga Nasional (NERSC) yang berpusat di Berkeley Lab, Nugent mengembangkan algoritma yang dapat mengambil segelintir titik data fotometrik pada awal evolusi calon supernova, secara positif mengenalinya sebagai Jenis Ia, dan meramalkan secara tepat masa kecerahan maksimum.
Salah satu Jenis Ia pertama yang dikaji dengan cara ini ternyata adalah SNLS-03D3bb itu sendiri. "Ia mempunyai nisbah isyarat-ke-kebisingan yang tinggi memandangkan pergeseran merahnya yang seharusnya kita curiga dari awal bahawa ia akan menjadi supernova yang tidak biasa," kata Nugent.
Nugent menganggap penemuan supernova super-Chandrasekhar pertama yang dapat diperlihatkan sebagai prospek yang mengasyikkan: "Untuk pertama kalinya sejak 1993" - ketika hubungan kecerahan dan bentuk kurva cahaya dikembangkan - "kita sekarang memiliki arah yang kuat untuk mencari yang berikutnya parameter yang menerangkan kecerahan supernova Type Ia. Pencarian ini dapat membawa kita ke pemahaman yang lebih baik tentang keturunan mereka, dan sistematik menggunakannya sebagai penyelidikan kosmologi. "
Pemahaman ini adalah salah satu matlamat utama Computational Astrophysics Consortium, yang diketuai oleh Stan Woosley dari University of California di Santa Cruz dan disokong oleh Jabatan Sains Jabatan Tenaga melalui program Scientific Discovery Through Advanced Computing (SciDAC), dengan Nugent dan John Bell dari Bahagian Penyelidikan Pengiraan dan NERSC antara rakan kongsi utama.
“Model keruntuhan bintang Chandrasekhar pada tahun 1931 adalah elegan dan hebat; memenangkannya Hadiah Nobel, ”kata Nugent. "Tetapi itu adalah model satu dimensi yang sederhana. Hanya dengan menambahkan putaran seseorang dapat melebihi jisim Chandrasekhar, seperti yang dia sendiri kenali. "
Dengan model supernova 2-D dan 3-D sekarang mungkin menggunakan komputer super, Nugent mengatakan, adalah mungkin untuk mempelajari lebih banyak kemungkinan alam. "Itulah matlamat projek SciDAC kami, untuk mendapatkan model terbaik dan data pemerhatian terbaik dan menggabungkannya untuk mendorong keseluruhan bola lilin. Pada akhir projek ini, kami akan mengetahui yang paling banyak yang dapat kami ketahui mengenai semua jenis supernova Jenis Ia. "
"Supernova jenis-Ia Dari Bintang Kerdil Putih Massa Chandrasekhar Super," oleh D. Andrew Howell, Mark Sullivan, Peter E. Nugent, Richard S. Ellis, Alexander J. Conley, Damien Le Borgne, Raymond G. Carlberg, Julien Guy, David Balam, Stephane Basa, Dominique Fouchez, Isobel M. Hook, Eric Y. Hsiao, James D. Neill, Reynald Pain, Kathryn M. Perret, dan Christopher J. Pritchett, muncul dalam terbitan 21 September Nature dan tersedia dalam talian untuk pelanggan.
Berkeley Lab 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 LBL
