Odkrywając sekrety wielkiej supernowej

Odkrywając sekrety wielkiej supernowejOriginal Press Release
Niezwykle rzadka gwiezdna eksplozja, która ma obecnie miejsce w sąsiedniej galaktyce pozwala astronomom z Obserwatorium W.

Mając na uwadze znaczenie tej supernowej zarówno dla skali odległości supernowych typu Ia jak i określenia cech protoplastów supernowych typu Ia jest, Obserwatorium Keck zareagowało szybko i wykorzystało swe możliwości do wykonania zarówno obserwacji spektroskopowych jak i fotografii z wykorzystanie optyki adaptywnej

Taft Armandroff
W.M.Keck Observatory

Obserwacje spektakularnego wybuchu supernowej, o katalogowym oznaczeniu PTF11kly, rozpoczęły się 24 sierpnia wraz z wykryciem przez zautomatyzowany, poszukujący krótkotrwałych zjawisk, przegląd nieba Palomar Transient Factory (PTF) eksplozji w pobliskiej Galaktyce Wiatraczek, znanej również jako Messier 101. Następnie, zwiększający jasność punkt światła został dostrzeżony przez teleskop Grand Canary Telescope, a jego światło zostało rozszczepione w pierwsze, bogate w informacje, widmo. Następnie, w miarę jak Ziemia obracała się kolejne teleskopy kierowały się w tę część nieba, by wreszcie teleskop Lick Telescope w Kalifornii mógł zebrać kolejne widmo eksplodującej gwiazdy, Wkrótce potem bardzo wysokiej jakości widmo zostało zebrane przez instrument HIRES teleskopu Keck I na Hawajach.

Astronomowie teleskopów Lick i Keck potwierdzili, że wybuch supernowej należy do typu Ia – rodzaju, które pojawiają się niekiedy w bardzo odległych galaktykach. Od dziesięciolecie w tak bliskich w skali kosmicznej okolicach Ziemi nie było innej supernowej typu Ia, a żadna z dotychczas obserwowanych tego rodzaju eksplozji nie została zaobserwowana tak wcześnie w procesie tego rodzaju śmierci gwiazdy.

„Bliskie supernowe typu Ia są bardzo rzadkie „- mówi dr Brad Cenko z University of California w Berkeley.

Astronomowie od dawna cenią supernowe typu Ia, ponieważ zdają się one zachowywać w sposób bardzo przewidywalny: rozjaśniając i osiągając tę samą jasność absolutną zanim powoli zanikną. W efekcie są stosunkowo łatwe do rozpoznania i – gdy zdarzają się w bardzo odległych galaktykach – mogą być używane jako „standardowe świece” służące do dokonywania pomiarów na ogromnych odległościach. To właśnie takie pomiary doprowadziły do jednego z największych kosmologicznych odkryć ostatnich lat: akceleracji tempa rozszerzania się Wszechświata, które to odkrycie z kolei zwróciło uwagę naukowców na istnienie niezwykłej „antygrawitacyjnej” siły, którą astronomowie nazywają „ciemną energią”.

Mimo ich znaczenia astronomowie jak dotąd nie wiedzą, co powoduje wybuchy supernowych typu Ia. To właśnie dlatego wybuch takiej supernowej w pobliskiej galaktyce, gdzie może być dokładnie badana jest tak istotny dla astronomów. „Supernowe typu Ia są podstawą jednego z najważniejszych odkryć astronomicznych w ostatnich dziesięcioleciach „- mówi Cenko. -„A my dotąd nie wiemy, czym są układy, z których powstają.”

Powszechnie uważa się, że do stworzenia supernowej typu Ia potrzebne są co najmniej dwie gwiazdy. Jedna z nich to najprawdopodobniej biały karzeł – stygnące jądro pozostałe po śmierci gwiazdy. Nikt nie jest do końca pewien, czym jest jej towarzysz. Być może to drugi biały karzeł, albo gwiazda ciągu głównego, taka jak nasze Słońce lub też czerwony olbrzym. Jednym ze sposobów, by odpowiedzieć na to pytanie jest dokładna analiza wysokiej rozdzielczości zdjęć Galaktyki Wiatraczek wykonanych przez kosmiczny teleskop Hubble przed 25 sierpnia i sprawdzenie, czy w tym miejscu udało się sfotografować jakąś (i jaką) gwiazdę.

„Keck i Hubble'a są bardzo dobrze dobrane pod względem rozdzielczości przestrzennej”- mówi astronom Jim Lyke. -” Dzięki temu możemy wykonać bezpośrednie porównania.”

„Potrzebujemy bardzo dokładnych obrazów o bardzo wysokiej rozdzielczości, aby dopasować obrazy Hubble'a „- potwierdza astronom Peter Nugent, który odkrył PTF11kly. Jedynym sposobem by tego dokonać jest wykorzystanie optyki adaptywnej teleskopu Keck. Dlatego oprócz zbierania widma supernowej, już w nocy 25 sierpnia astronomowie rozpoczęli fotografowanie  supernowej za pomocą systemu optyki adaptywnej teleskopu Keck II. Mają nadzieję na uzyskanie bardzo dokładnego położenia supernowej w Galaktyka Wiatraczek, tak by możliwa była analiza wcześniejszych zdjęć teleskopu Hubble i sprawdzenie, czy w tym samym miejscu coś zostało wcześniej sfotografowane – na przykład czerwony olbrzym.

„Gdyby protoplastami supernowej była para białych karłów to będą to obiekty zbyt słabe do zobaczenia „- mówi Cenko. Nawet jeśli nic nie zostanie znalezione w obrazach Hubble'a, to nadal będzie to istotny wynik bowiem wskaże ograniczenia rozmiaru gwiazd, które mogą prowadzić do supernowych typu Ia, wzmacniając teorię, że ich protoplastami są pary dwóch białych karłów.

Innym źródłem wskazówek co do natury wybuchu supernowej są zmiany w widmie trwającej eksplozji. Jeżeli dla przykładu,  towarzysząca białemu karłowi gwiazda była duża, to w końcowej agonii powinna odrzucić znaczne ilości materii. W takiej sytuacji w trakcie wybuchu supernowej fale uderzeniowe musiałyby zderzyć się z wcześniej odrzuconymi powłokami gwiazdy. Fale uderzeniowe powinny pojawić się w formie odpowiednich sygnałów w widmie gwiazdy w miarę ekspansji wybuchu w przestrzeń kosmiczną.

„Ponieważ nie wiemy, jakie systemy są przodkami supernowych typu Ia nie mamy pewności, jak różne mogą być klasy w obrębie typu Ia „- mówi Joshua Bloom, astronom z UC Berkeley astronom, który kierował zespołem obserwatorów teleskopów Keck . -” To niepokojące, że nie wiemy tak podstawowych rzeczy.”

Wraz z pojawieniem się supernowej w Galaktyce Wiatraczek, naukowcy mają nadzieję, że uda się znacznie poszerzyć znajomość mechanizmów powstawania tych kosmologicznych miar odległości.

Źródła:

Uncovering the Secrets of the Great Supernova

A once-in-a-lifetime nearby stellar explosion now unfolding in a neighboring galaxy has astronomers at the W. M. Keck Observatory scrambling to ask questions that can’t be answered at any other ground-based telescope in the world. The first big question: What causes this pivotally important type of stellar cataclysm?

Observing this spectacular supernova, dubbed PTF11kly, began on August 24, with the detection of the explosion in the nearby Pinwheel Galaxy, a.k.a. M101, by the automated Palomar Transient Factory (PTF) survey. That survey is designed to detect short-lived astronomical events as they happen.

Next, the brightening point of light was observed by the Grand Canary Telescope in the Atlantic and the star’s light was split into the first information-rich spectrum. Then, as the Earth turned and presented different telescopes to that part of the sky, the Lick Telescope in California got another spectrum of the exploding star, followed soon by a very high quality spectrum from the HIRES instrument on the Keck I telescope in Hawai’i.

Both Lick and Keck astronomers confirmed that the explosion is a Type Ia supernova – the kind that pop off occasionally in very distant galaxies. There has not been another Type Ia supernova this close to Earth in decades, and none have ever before been caught so early in the process of this type of stellar death.

“Nearby Type Ia’s are very rare,” said postdoctoral astronomy researcher Brad Cenko of the University of California at Berkeley.

Astronomers have long adored Type Ia supernovae because they seem to behave in a very predictable manner: brightening and reaching the same luminosity, before fading away. As a result when they happen in very distant galaxies, they are recognizable and can be used as “standard candles” to measure cosmic distances.

Such measurements led to one of the biggest cosmological discoveries of recent years: galaxies are moving further apart and the universe is expanding at an accelerating rate. That discovery, in turn, pointed to the existence of a sort of weird anti-gravity force astronomers call “dark energy.”

“Given the importance of this supernova for both the Type Ia supernova distance scale and for constraining the progenitors of Type Ia’s, Keck Observatory responded rapidly and deployed assets to acquire both spectroscopy and adaptive optics imaging,” said Keck Observatory Director Taft Armandroff. Keck adaptive optics cancel out Earth’s atmospheric distortions to starlight.

Astronomers do not really know what causes Type Ia supernova, despite their importance. And that is why having one occur in a nearby galaxy and be studied so soon after its explosion began is so exciting for astronomers.

“Type Ia supernovae underlie one of the most important astronomical discoveries in the last few decades,” Cenko said. “But we still don’t know what their progenitor systems are.”

It’s generally believed that there are at least two stars involved in creating a Type Ia supernova. One star is most likely a white dwarf – a kind of dead star. What the other one is, no one is exactly sure. It could be another white dwarf, main sequence star (like our sun) or a red giant star.

One way to find out is look at high-resolution images of the Pinwheel Galaxy taken by the Hubble Space Telescope before August 25 and see if there was a star in the same location.

“Keck and Hubble are pretty well matched in terms of spatial resolution,” said Keck support astronomer Jim Lyke. “So we can do a direct comparison.”

“We need very accurate images at very high resolution to match Hubble images,” agreed Lawrence Berkeley Laboratory astronomer Peter Nugent, who is the lead of the PTF Type Ia supernova program and chiefly responsible for the discovery of PTF11kly. The only way to do that is with Keck adaptive optics.

So in addition to gathering spectra of the supernova, astronomers started on the night of August 25 to take pictures of the supernova with the Keck II telescope adaptive optics system. Their hope is to get a very precise location of the star in the Pinwheel Galaxy so that they can look at those Hubble images and see if there was anything – like a red giant – there beforehand.

“If it was two white dwarfs it would be too faint to see,” said Cenko. Even if nothing is found in Hubble images, it will still be useful, he said, because it will put some limits on how large the stars could be to create a Type Ia supernova, and bolster the theory that two white dwarfs are the cause.

Another source of clues to the cause of the supernova are changes in the spectra as the explosion continues, Cenko explained. If, for instance, the companion star to the white dwarf was large, it would have likely shed lots of material in its final death throes. Then, when the explosion followed, that same material would be hit by the explosion itself. The shock waves of those collisions would create telltale signals in the spectra of the star as its explosion continues to expand into space.

“Because we don’t know the progenitor system (of Type Ia supernovae) we don’t have a good grasp on how diverse the Type Ia class might be,” said Joshua Bloom, another UC Berkeley astronomer who is leading the Keck research team. “It is a bit troubling that we really don’t know.”

But with the advent of the Pinwheel supernova, hopes are high that a lot more will be learned about these cosmic yardsticks.

Written by admin

Dodaj komentarz

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