Kredit gambar: ESO
Data baru yang dikumpulkan oleh Teleskop Sangat Besar Balai Cerap Eropah Selatan (VLT) nampaknya menunjukkan bahawa supernova mungkin tidak simetris semasa mereka meletup - kecerahannya berubah bergantung pada bagaimana anda melihatnya. Sekiranya lebih terang atau redup bergantung pada bagaimana anda melihatnya, ini mungkin menyebabkan kesilapan dalam pengiraan jarak anda. Tetapi penyelidikan baru menunjukkan bahawa mereka menjadi lebih simetri dari masa ke masa, jadi ahli astronomi hanya perlu menunggu sebentar sebelum melakukan pengiraan mereka.
Pasukan ahli astronomi antarabangsa [2] telah melakukan pemerhatian baru dan sangat terperinci mengenai supernova di galaksi yang jauh dengan Teleskop ESO Sangat Besar (VLT) di Observatorium Paranal (Chile). Mereka menunjukkan untuk pertama kalinya bahawa jenis supernova tertentu, yang disebabkan oleh ledakan "kerdil putih", bintang yang padat dengan massa di sekitar Matahari, adalah tidak simetri semasa fasa pengembangan awal.
Kepentingan pemerhatian ini jauh lebih besar daripada yang kelihatan pada pandangan pertama. Supernova jenis ini, yang disebut "Jenis Ia", memainkan peranan yang sangat penting dalam percubaan saat ini untuk memetakan Alam Semesta. Sudah lama diasumsikan bahawa supernova Type Ia memiliki kecerahan intrinsik yang sama, sehingga mereka mendapat nama panggilan sebagai "lilin standard".
Sekiranya demikian, perbezaan kecerahan yang diperhatikan antara supernova individu jenis ini hanya menggambarkan jaraknya yang berbeza. Ini, dan hakikat bahawa kecerahan puncak supernova menyaingi galaksi induk mereka, telah memungkinkan untuk mengukur jarak galaksi yang sangat jauh. Beberapa perbezaan jelas yang baru-baru ini dijumpai menyebabkan penemuan pecutan kosmik.
Walau bagaimanapun, pemerhatian yang jelas pertama mengenai asimetri letupan dalam supernova Type Ia bermaksud bahawa kecerahan tepat objek tersebut akan bergantung pada sudut dari mana ia dilihat. Oleh kerana sudut ini tidak diketahui oleh supernova tertentu, ini jelas memperkenalkan sejumlah ketidakpastian dalam pengukuran jarak asas semacam ini di Alam Semesta yang mesti diambil kira pada masa akan datang.
Nasib baik, data VLT juga menunjukkan bahawa jika anda menunggu sedikit - yang dari segi pemerhatian memungkinkan untuk melihat lebih dalam bola api yang berkembang - maka ia menjadi lebih bulat. Oleh itu, penentuan jarak supernova yang dilakukan pada peringkat akhir ini akan lebih tepat.
Letupan supernova dan jarak kosmik
Semasa peristiwa supernova Type Ia, sisa-sisa bintang dengan jisim awal hingga beberapa kali dari Matahari (yang disebut "bintang kerdil putih") meletup, tidak meninggalkan apa-apa kecuali awan "stardust" yang berkembang pesat.
Supernova jenis Ia nampaknya serupa antara satu sama lain. Ini memberi mereka peranan yang sangat berguna sebagai "lilin standard" yang dapat digunakan untuk mengukur jarak kosmik. Kecerahan puncaknya menyaingi galaksi induk mereka, oleh itu menjadikannya sebagai tongkat kosmik utama.
Ahli astronomi telah memanfaatkan keadaan yang beruntung ini untuk mengkaji sejarah pengembangan Alam Semesta kita. Mereka baru-baru ini sampai pada kesimpulan mendasar bahawa Alam Semesta berkembang dengan cepat, lih. ESO PR 21/98, Disember 1998 (lihat juga laman web Supernova Acceleration Probe).
Letupan bintang kerdil putih
Dalam model supernova Type Ia yang paling banyak diterima, bintang kerdil putih sebelum letupan mengorbit bintang pendamping seperti suria, menyelesaikan revolusi setiap beberapa jam. Kerana interaksi yang rapat, bintang pendamping terus kehilangan jisim, yang sebahagiannya diambil (dalam terminologi astronomi: "bertambah") oleh kerdil putih.
Kerdil putih mewakili tahap kedua dari bintang jenis suria. Reaktor nuklear pada intinya telah lama kehabisan bahan bakar dan sekarang tidak aktif. Namun, pada suatu titik berat pemasangan bahan yang terkumpul akan meningkatkan tekanan di dalam kerdil putih sehingga abu nuklear di dalamnya akan menyala dan mulai terbakar menjadi unsur yang lebih berat lagi. Proses ini dengan cepat menjadi tidak terkawal dan seluruh bintang dihancurkan dalam satu peristiwa dramatik. Bola api yang sangat panas dilihat yang sering mengalahkan galaksi tuan rumah.
Bentuk letupan
Walaupun semua supernova Tipe Ia mempunyai sifat yang hampir sama, belum pernah jelas hingga sekarang bagaimana kejadian seperti itu akan muncul bagi pemerhati yang melihatnya dari arah yang berbeza. Semua telur kelihatan serupa dan tidak dapat dibezakan antara satu sama lain apabila dilihat dari sudut yang sama, tetapi pandangan sisi (bujur) jelas berbeza dari pandangan hujung (bulat).
Dan memang, jika letupan supernova Type Ia tidak simetri, ia akan bersinar dengan kecerahan yang berbeza ke arah yang berbeza. Oleh itu, pemerhatian terhadap supernova yang berbeza - dilihat dalam sudut yang berbeza - tidak dapat dibandingkan secara langsung.
Walau bagaimanapun, tidak mengetahui sudut-sudut ini, para astronom akan menyimpulkan jarak yang tidak betul dan ketepatan kaedah asas ini untuk mengukur struktur Alam Semesta akan dipersoalkan.
Polarimetri untuk menyelamatkan
Pengiraan sederhana menunjukkan bahawa walaupun pada mata helang Interferometer VLT (VLTI), semua supernova pada jarak kosmologi akan muncul sebagai titik cahaya yang tidak dapat diselesaikan; mereka terlalu jauh. Tetapi ada cara lain untuk menentukan sudut pandangan supernova tertentu: polarimetri adalah nama muslihat!
Polarimetri berfungsi seperti berikut: cahaya terdiri dari gelombang elektromagnetik (atau foton) yang berayun ke arah tertentu (satah). Pantulan atau penyebaran cahaya menyokong orientasi medan elektrik dan magnet tertentu berbanding yang lain. Inilah sebabnya mengapa kacamata hitam polarisasi dapat menyaring cahaya matahari yang memantul dari kolam.
Apabila cahaya menyebar melalui puing-puing supernova yang berkembang, ia menyimpan maklumat mengenai orientasi lapisan penyerakan. Sekiranya supernova adalah simetri sfera, semua orientasi akan hadir sama dan rata-rata akan keluar, jadi tidak akan ada polarisasi bersih. Namun, jika shell gas tidak bulat, sedikit polarisasi bersih akan dicantumkan pada lampu.
"Walaupun untuk asimetri yang cukup terkenal, namun polarisasi sangat kecil dan hampir tidak melebihi tahap satu persen", kata Dietrich Baade, ahli astronomi ESO dan anggota pasukan yang melakukan pemerhatian. "Mengukurnya memerlukan instrumen yang sangat sensitif dan sangat stabil. "
Pengukuran sumber cahaya yang samar-samar dan jauh pada tahap kurang dari satu peratus adalah cabaran pemerhatian yang cukup besar. "Namun, Teleskop ESO Sangat Besar (VLT) menawarkan ketepatan, daya pengumpulan cahaya, serta instrumen khusus yang diperlukan untuk pemerhatian polarimetrik yang begitu menuntut", jelas Dietrich Baade. "Tetapi projek ini tidak akan dapat dilaksanakan tanpa VLT dikendalikan dalam mod perkhidmatan. Memang mustahil untuk diramalkan bila supernova akan meletup dan kita perlu sentiasa bersedia. Hanya mod perkhidmatan yang membolehkan pemerhatian dalam masa yang singkat. Beberapa tahun yang lalu, adalah keputusan yang teliti dan berani oleh direktorat ESO untuk memberi penekanan pada Mode Perkhidmatan. Dan pasukan astronomi ESO yang cekap dan setia di Paranal menjadikan konsep ini sebagai kejayaan praktikal ”, tambahnya.
Ahli astronomi [1] menggunakan instrumen FORS1 multi-mod VLT untuk memerhatikan SN 2001el, supernova Tipe Ia yang ditemui pada bulan September 2001 di galaksi NGC 1448, lih. Foto PR 24a / 03 pada jarak 60 juta tahun cahaya.
Pemerhatian yang diperoleh kira-kira seminggu sebelum supernova ini mencapai kecerahan maksimum sekitar 2 Oktober menunjukkan polarisasi pada tahap 0.2-0.3% (Foto PR 24b / 03). Hampir cahaya maksimum dan hingga dua minggu selepas itu, polarisasi masih dapat diukur. Enam minggu selepas maksimum, polarisasi jatuh di bawah kebolehkesanan.
Ini adalah pertama kalinya supernova Jenis Ia biasa didapati menunjukkan bukti asimetri yang jelas.
Melihat lebih jauh ke dalam supernova
Sejurus selepas ledakan supernova, sebahagian besar bahan yang diusir bergerak dengan kecepatan sekitar 10,000 km / saat. Semasa pengembangan ini, lapisan terluar menjadi semakin telus. Dengan berlalunya masa, seseorang dapat melihat ke dalam supernova dengan lebih mendalam.
Oleh itu, polarisasi yang diukur dalam SN 2001el memberikan bukti bahawa bahagian luar supernova (yang pertama kali dilihat) adalah tidak simetri. Kemudian, apabila pemerhatian VLT "menembusi" lebih dalam ke jantung supernova, geometri letupan semakin simetri.
Sekiranya dimodelkan dari segi bentuk spheroidal yang diratakan, polarisasi yang diukur dalam SN 2001el menyiratkan nisbah paksi kecil-ke-utama sekitar 0.9 sebelum kecerahan maksimum dicapai dan geometri simetri sfera dari kira-kira satu minggu setelah maksimum dan seterusnya.
Implikasi kosmologi
Salah satu parameter utama yang berdasarkan anggaran jarak Jenis Ia adalah kecerahan optik maksimum. Asferisitas yang diukur pada masa ini akan memperkenalkan ketidakpastian kecerahan mutlak (penyebaran) sekitar 10% jika tidak ada pembetulan yang dibuat untuk sudut pandangan (yang tidak diketahui).
Walaupun supernova Type Ia sejauh ini merupakan lilin standard terbaik untuk mengukur jarak kosmologi, dan oleh itu untuk menyiasat apa yang dipanggil tenaga gelap, ketidakpastian pengukuran kecil masih ada.
"Asimetri yang kami ukur dalam SN 2001el cukup besar untuk menjelaskan sebahagian besar ketidakpastian intrinsik ini", kata Lifan Wang, ketua pasukan. "Sekiranya semua supernova Type Ia seperti ini, ia akan menyebabkan banyak penyebaran dalam pengukuran kecerahan. Mereka mungkin lebih seragam daripada yang kita sangka. "
Mengurangkan penyebaran dalam pengukuran kecerahan tentunya juga dapat dicapai dengan meningkatkan jumlah supernova yang kita amati, tetapi memandangkan pengukuran ini menuntut teleskop terbesar dan termahal di dunia, seperti VLT, ini bukan kaedah yang paling efisien.
Oleh itu, jika kecerahan yang diukur satu atau dua minggu setelah maksimum digunakan sebagai gantinya, maka kebulatannya akan dapat dipulihkan dan tidak akan ada kesalahan sistematik dari sudut pandangan yang tidak diketahui. Dengan sedikit perubahan dalam prosedur pemerhatian, supernova Jenis Ia dapat menjadi ukuran kosmik yang lebih dipercayai.
Implikasi teori
Pengesanan ciri spektral terpolarisasi sekarang menunjukkan bahawa, untuk memahami fizik yang mendasarinya, pemodelan teori peristiwa supernova Jenis Ia perlu dilakukan dalam ketiga dimensi dengan lebih tepat daripada yang dilakukan sekarang. Sebenarnya, pengiraan hidrodinamik yang tersedia dan sangat kompleks setakat ini tidak dapat menghasilkan semula struktur yang terdedah oleh SN 2001el.
Maklumat lanjut
Hasil yang disajikan dalam siaran pers ini telah dijelaskan dalam makalah penelitian di "Astrophysical Journal" ("Spectropolarimetry of SN 2001el di NGC 1448: Asphericity of a Normal Type Ia Supernova" oleh Lifan Wang dan rakan-rakan penulis, Volume 591, p .1110).
Catatan
[1]: Ini adalah ESO / Makmal Nasional Lawrence Berkeley / Univ yang diselaraskan. Siaran Akhbar Texas. Siaran akhbar LBNL terdapat di sini.
[2]: Pasukan ini terdiri daripada Lifan Wang, Dietrich Baade, Peter H? Flich, Alexei Khokhlov, J. Craig Wheeler, Daniel Kasen, Peter E. Nugent, Saul Perlmutter, Claes Fransson, dan Peter Lundqvist.
Sumber Asal: Siaran Berita ESO
