Nowy rodzaj supernowej być może odpowiada za powstawania wapnia

Nowy rodzaj supernowej być może odpowiada za powstawania wapniaOriginal Press Release
Nowe dane uzyskane za pomocą kilku teleskopów, wśród których znalazły się teleskopy Obserwatorium W.

SN 2005E powstała w wyniku eksplozji starej, mało masywnej gwiazdy ze względu na szczególne położenie supernowej na peryferiach galaktyki, w której brak świeżych oznak produkcji gwiazd

prof. Alex Filippenko

Supernowa SN 2005E została odkryta pięć lat temu przez automatyczny teleskop KAIT (Katzman Automatic Imaging Telescope) Uniwersytetu Kalifornia w Berkeley. Supernowa ta jest jedną z ośmiu znanych supernowych bogatych w wapń, które zdają się wyraźnie różnić od dwóch głównych klas supernowych – supernowych typu Ia (które, jak się uważa, powstają w wyniku eksplozji starego białego karła, który zbiera materiał z sąsiadującej gwiazdy do momentu, gdy eksploduje w całkowicie niszczącej go eksplozji termojądrowej) i typu I b/c lub II (powstających w wyniku eksplozji gorących, masywnych i krótko żyjących gwiazd, które eksplodując pozostawiają po sobie gwiazdę neutronową lub czarną dziurę).

W ciągu ostatnich dziesięciu lat zrobotyzowane teleskopy zwróciły uwagę astronomów na liczne dziwnie eksplodujące gwiazd, tak unikalne, że mogą wskazywać na istnienie nowych i niezwykłych mechanizmów. „Dzięki samej liczbie wykrywanych supernowych możemy odkrywać dziwaczne eksplozje, które mogą oznaczać odmienne procesy fizyczne niż te odpowiedzialne za dwa dobrze poznane typy, ewentualnie mogą to być jedynie wariacje na temat tych standardów „- mówi prof. Alex Filippenko, dyrektor KAIT. -” Jednak SN 2005E reprezentowała zupełnie inny rodzaj wybuchu. Wraz z innymi supernowymi bogatymi w wapń może stanowić prawdziwy osobny typ, a nie jednorazowe, dziwne zdarzenie.”

Prof. Filippenko jest współautorem artykułu, który na łamach Nature opisuje odkrycie SN 2005E prezentując dowody na to, że powstała w wyniku eksplozji mało masywnego białego karła kradnącego hel z towarzyszącej mu gwiazdy do momentu, gdy temperatura i ciśnienie zainicjowały eksplozję termojądrową, w wyniku której co najmniej zewnętrzne warstwy gwiazdy zostały odrzucone, a być może również sama gwiazda uległa zniszczeniu. Zespół astronomów był kierowany przez Hagai Perets z Centrum Astrofizyki Harvard-Smithsonian oraz Avishay Gal-Yam z Instytutu Nauk Weizmanna w Izraelu. W listopadzie 2009 roku Filippenko wraz z Dawidem Poznańskim donieśli o odkryciu innej supernowej SN 2002bj, która również eksplodowała w wyniku działania tego samego mechanizmu.

„SN 2002bj ma wiele cech wspólnych z SN 2005R, ale są też ewidentne różnice obserwacyjne „- mówi FIlippenko. -” To również zapewne był biały karzeł pobierający hel z towarzyszącej gwiazdy, jednak szczegóły eksplozji wydają się odmienne – co widać w widmie oraz kształcie krzywych blasku.

Wraz z astronomem Wiedong Li Filippenko odkrył niezwykłą, bogatą w wapń supernową w 2003 roku, a od tego czasu KAIT odkrył kilka kolejnych, w tym SN 2005E, 13 stycznia 2005 roku. Ponieważ supernowa ta, podobnie jak supernowe typu Ib wykazują w widmie znaczniki helu wkrótce po wybuchu, po czym w widmach ich pojawiają się silne linie emisyjne wapnia astronomowie początkowo określali je mianem bogatych w wapń supernowych typu Ib.

SN 2005E, która eksplodowała około 110 milionów lat temu w galaktyce spiralnej NGC 1032 zwróciła uwagę Peretsa, Gal-Yama i ich zespołu. Wykorzystując dane dostarczone przez Filippenko oraz Li, oraz dodatkowe uzyskane za pomocą teleskopu W.M Kecka, Obserwatorium Palomar i Obserwatorium Liverpool naukowcy odtworzyli dokładny obraz eksplozji. Niewielka ilość masy wyrzuconej w wyniku eksplozji oszacowana na 30% masy Słońca oraz fakt, że eksplozja nastąpiła w starej galaktyce z niewielką liczbą gorących olbrzymich gwiazd doprowadziła naukowców do wniosku, że macierzystą gwiazdą musiał być biały karzeł o niewielkiej masie. Nowo odkryta supernowa wyrzuciła niezwykle duże ilości wapnia i radioaktywnego tytanu, które są produktami reakcji jądrowych helu w przeciwieństwie do tlenu i węgla typowych dla supernowych typu Ia.

„Wiemy że SN 2005E powstała w wyniku eksplozji starej, mało masywnej gwiazdy ze względu na szczególne położenie supernowej na peryferiach galaktyki, w której brak świeżych oznak produkcji gwiazd „- mówi Filippenko. -” Obecność tak dużych ilości wapnia w wyrzuconym gazie mówi nam, że to hel musiał eksplodować w wyniku niekontrolowanej reakcji termojądrowej.”

Autorzy publikacji zauważają, że jeżeli te osiem bogatych w wapń supernowych stanowi pierwsze przykłady występujących powszechniej supernowych to mogą one wyjaśnić dwie zagadki astronomii – stężenia wapnia w galaktykach oraz na Ziemi, jak również koncentrację pozytronów (anty-elektronów) w centralnych obszarach galaktyk. Są one bowiem wynikiem rozpadu radioaktywnego tytanu-44, powstającego w dużych ilościach w trakcie obserwowanych eksplozji, który przechodzi w skand-44, a ten ostatecznie rozpada się tworząc wapń-44. Byłaby to alternatywa do wyjaśnienia obecności pozytronów jako wyniku rozpadu ciemnej materii w jądrach galaktyk.

„Ciemna materia być może istnieje, a być może nie „- mówi Gal-Yam. -„Jednak pozytrony te równie dobrze można wyjaśnić istnieniem trzeciego rodzaju supernowych.”

Źródła:

Possible new type of supernovae puts calcium in your bones

New data from several telescopes, including the W. M. Keck Observatory, suggest astronomers may have identified a new type of supernovae. The stellar death is thought to have originated in a star that was a low-mass white dwarf accumulating helium from a companion star. When the white dwarf exploded, about half of the mass ejected from the supernova was in the form of calcium. The finding suggests that a couple of supernovae like this exploding every 100 years would produce the high abundance of calcium observed in galaxies like the Milky Way, and the calcium present in life on Earth.

The supernova, SN 2005E, was discovered five years ago by the University of California, Berkeley’s Katzman Automatic Imaging Telescope (KAIT), and is one of only eight known “calcium-rich supernovae” that appear to be distinct from the two main classes of supernovae: the Type Ia supernovae, thought to be old, white dwarf stars that accrete matter from a companion until they undergo a thermonuclear explosion that blows them apart entirely; and Type Ib/c or Type II supernovae, thought to be hot, massive and short-lived stars that explode and leave behind black holes or neutron stars.

In the past decade, robotic telescopes have turned astronomers’ attention to scads of strange exploding stars, one-offs that may or may not point to new and unusual physics. “With the sheer numbers of supernovae we’re detecting, we’re discovering weird ones that may represent different physical mechanisms compared with the two well-known types, or may just be variations on the standard themes,” said Alex Filippenko, KAIT director and UC Berkeley professor of astronomy. “But SN 2005E was a different kind of ‘bang.’ It and the other calcium-rich supernovae may be a true suborder, not just one of a kind.”

Filippenko is coauthor of a paper appearing in the May 20 issue of the journal Nature describing SN 2005E and presenting evidence that the original star was a low-mass white dwarf stealing helium from a binary companion until the temperature and pressure ignited a thermonuclear explosion – a massive fusion bomb – that blew off at least the outer layers of the star and perhaps blew the entire star to smithereens. The team of astronomers was led by Hagai Perets, now at the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, and Avishay Gal-Yam of the Weizmann Institute of Science in Rehovot, Israel.

In November 2009, Filippenko and former UC Berkeley post-doctoral fellow Dovi Poznanski, currently at Lawrence Berkeley National Laboratory and also coauthor on the Nature paper, reported another supernova, SN 2002bj, that they believe explodes by a similar mechanism: ignition of a helium layer on a white dwarf.

“SN 2002bj is arguably similar to SN 2005E, but has some clear observational differences as well,” Filippenko said. “It was likely a white dwarf accreting helium from a companion star, though the details of the explosion seem to have been different because the spectra and light curves differ.” Astronomers have so far found only one example of this supernova.

Filippenko and UC Berkeley research astronomer Weidong Li first reported an unusual calcium-rich supernova in 2003, and since then, KAIT has discovered several more, including SN 2005E on Jan. 13, 2005. Because these supernovae, like Type Ib, show evidence for helium in their spectra shortly after they explode, and because in the later stages they show strong calcium emission lines, the UC Berkeley astronomers were the first to refer to them as “calcium-rich Type Ib supernovae.”

It was SN 2005E, which went off about 110 million years ago in the spiral galaxy NGC 1032 in the constellation Cetus, that initially drew the attention of Perets, Gal-Yam and their colleagues. Using data provided by Filippenko and Li, and taken by the W. M. Keck Observatory in Hawaii, the Palomar Observatory in California and the Liverpool Observatory in the United Kingdom, they created a detailed picture of the explosion. The small amount of mass ejected in the explosion, estimated at 30 percent the mass of the Sun, and the fact that the galaxy in which the explosion occurred was old with few hot, giant stars, led them to the conclusion that a low-mass white dwarf was involved.

The newly discovered supernova threw off unusually high levels of the elements calcium and radioactive titanium, which are the products of a nuclear reaction involving helium rather than carbon and oxygen that are involved in Type Ia supernovae.

“We know that SN 2005E came from the explosion of an old, low-mass star because of its specific location in the outskirts of a galaxy devoid of recent star formation,” Filippenko said. “And the presence of so much calcium in the ejected gases tells us that helium must have exploded in a nuclear runaway.”

The paper’s authors note that, if these eight calcium-rich supernovae are the first examples of a common, new type of supernovae, they could explain two puzzling observations: the abundance of calcium in galaxies and in life on Earth, and the concentration of positrons – the anti-matter counterpart of the electron – in the center of galaxies. The latter could be the result of the decay of radioactive titanium-44, produced abundantly in this type of supernova, to scandium-44 and a positron, prior to scandium’s decay to calcium-44. The most popular explanation for this positron presence is the decay of putative dark matter at the core of galaxies.

“Dark matter may or may not exist,” says Gal-Yam, “but these positrons are perhaps just as easily accounted for by the third type of supernova.”

Filippenko and Li hope that KAIT and other robotic telescopes scanning distant galaxies every night in search of new supernovae will turn up more examples of calcium-rich or even stranger supernovae, which can then be observed with larger telescopes such as Keck.

“The research field of supernovae is exploding right now, if you’ll pardon the pun,” Filippenko said. “Many supernovae with peculiar new properties have been found, pointing to a greater richness in the physical mechanisms by which nature chooses to explode stars.”

The W. M. Keck Observatory operates two 10-meter optical/infrared telescopes on the summit of Mauna Kea on the island of Hawai’i and is a scientific partnership of the California Institute of Technology, the University of California, and NASA. For more information please call 808.881.3827 or visit http://www.keckobservatory.org.

Written by admin

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *