Najstarsze i najdalsze supernowe zaobserwowane w młodym Wszechświecie

Najstarsze i najdalsze supernowe zaobserwowane w młodym WszechświecieOriginal Press Release
Zespół astronomów z Japonii, Izraela i USA wykorzystał teleskop Subaru do zebrania jak dotąd największej próbki odległych wybuchających gwiazd – supernowych – jakie kiedykolwiek odnaleziono.

Supernowe są niewzykle istotne w badaniach astrofizycznych. Odpowiadają za produkcję w zasadzie wszystkich cięższych od tlenu pierwiastków: powstają one w reakcjach jądrowych, tuż przed oraz w trakcie tych kolosalnych eksplozji. Wybuchy rozpraszają pierwiastki w przestrzeni międzygwiezdny, gdzie stają się one surowcem do budowy kolejnych pokoleń gwiazd i planet. Atomy w naszym ciele, takie jak atomy wapnia w kościach czy żelaza we krwi, powstały w supernowych. Śledząc częstotliwość występowania i rodzaje wybuchów supernowych wstecz w czasie, astronomowie mogą zrekonstruować historię produkcji pierwiastków we Wszechświecie, w którym z pierwotnego wodoru z domieszką helu, istniejącej w pierwszych miliardach lat po Wielkim Wybuchu, wytworzył się bogaty miks pierwiastków jaki widzimy dzisiaj.

Jednak spoglądanie w otchłań czasu wymaga zajrzenia na duże odległości, a to oznacza, że nawet te jasne wybuchy są wyjątkowo słabe i trudne do zauważenia. Aby pokonać tę przeszkodę, zespół skorzystał z wyjątkowej kombinacji możliwości teleskopu Subaru: ogromnej zdolności zbierania światła przez duże 8,2 metrowe zwierciadło główne; ostrość uzyskiwanych obrazów i szerokość pola widzenia podstawowego detektora (Suprime-Cam). Przy czterech różnych okazjach naukowcy skierowali teleskop w ten sam obszar nieba zwany głębokim polem Subaru (Subaru Deep Field), obejmujący obszar o powierzchni zbliżonej do Księżyca w pełni i szczegółowo badany już wcześniej przez naukowców Subaru. Wpatrując się teleskopem w ten sam fragment nieba i gromadząc światło w ciągu kilku kolejnych nocy za każdym razem naukowcy rejestrowali słabe światło z najodleglejszych galaktyk i supernowych, tworząc bardzo długie i głębokie ekspozycji na polu. Każda z czterech obserwacji wychwyciła około 40 supernowych w trakcie eksplozji wśród 150.000 galaktyk widocznych w głębokim polu Subaru. W sumie zespół odkrył 150 eksplozji, w tym kilkanaście, zaliczających się do najbardziej odległych i starożytnych jakie kiedykolwiek widziano.

Analiza danych wykazała, że tzw. supernowe termojądrowe wybuchały w młodym Wszechświecie – około 10 miliardów lat temu – pięć razy częściej niż obecnie. Ten rodzaj supernowych, nazywane też supernowymi typu Ia, są jednym z głównych źródeł żelaza. Te same eksplozje służą od lat jako kosmiczne znaczniki odległości. Badania prowadzone w ciągu ostatniej dekady, wykazały, że rozszerzanie się Wszechświata prowadzące do oddalania się od siebie wszystkich galaktyk, ulega przyspieszeniu pod wpływem tajemniczej ciemnej energii (za to odkrycie nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 2011 roku przyznano Perlmutter, Riess i Schmidt). Jednak mechanizm powstawania termojądrowych supernowych nadal jest słabo poznano, i wciąż trwa ostry spór na temat tożsamości systemów gwiezdnych lub gwiazd macierzystych, które ulegają dezintegracji w efekcie wybuchu. Odkrywając supernowe eksplodujące w ten sposób w różnych momentach istnienie Wszechświata zespół dostarczył ważnych wskazówek, które być może pomogą w rozwiązaniu tej zagadki. Wyniki pasują bowiem do scenariusza, w którym supernowe typu Ia supernowych są wynikiem zlania się pary kompaktowych pozostałości po gwiazdach zwanych białymi karłami. Przyszłe obserwacje za pomocą nowej generacji kamery teleskopu Subaru – Hyper Suprime-Cam – pozwolą na odkrycie jeszcze większej liczby bardziej odległych supernowych, co umożliwi dokładniejsze zbadanie wniosków wynikających z obecnych badań.

Źródła:

The Most Distant and Ancient Supernovae in the Young Universe

A team of Japanese, Israeli, and U.S. astronomers has used the Subaru Telescope to assemble the largest sample ever found of the most distant exploding stars called supernovae, which emitted their light about ten billion years ago, long before the Earth was formed. The researchers used this sample of ancient supernovae to determine how frequently such explosions of stars occurred in the infant universe.

Supernovae have substantial importance in astrophysics. They are nature's element factories: essentially all of the elements in the periodic table that are heavier than oxygen were formed through nuclear reactions immediately preceding and during these colossal explosions. The explosions fling these elements into interstellar space, where they serve as raw materials for new generations of stars and planets. Thus, the atoms in our bodies, like the calcium atoms in our bones or the iron atoms in our blood, were created in supernovae. By tracking the frequency and types of supernova explosions back through cosmic time, astronomers can reconstruct the universe's history of element creation, from the plain mix of hydrogen and helium that existed for the first billion years or so after the Big Bang, up to the elemental richness we see today.

However, looking back in time requires looking out to great distances, which means that even these bright explosions are exceedingly faint and difficult to spot. To overcome this obstacle, the team took advantage of a combination of the Subaru Telescope's assets: the huge light-collecting power of its large 8.2 meter primary mirror; the sharpness of its images, and the wide field of view of its prime focus camera (Suprime-Cam). On four separate occasions, they pointed the telescope toward one single field called the Subaru Deep Field, which spans an area of the sky similar to that covered by the full moon and had previously been studied in great detail by Subaru scientists. By „staring” with the telescope at this single field, they let the faint light from the most distant galaxies and supernovae accumulate over several nights at a time, thus forming a very long and deep exposure of the field. Each of the four observations caught about 40 supernovae in the act of exploding among the 150,000 galaxies in the field. Altogether, the team discovered 150 explosions, including a dozen that rank among the most distant and ancient ever seen.

The team's analysis of the data showed that supernovae of the so-called „thermonuclear” type were exploding about five times more frequently in the young universe, about ten billion years ago, than they do today. Thermonuclear supernovae, often called Type-Ia supernovae, are one of the main sources of the element iron in the universe. Equally important, these explosions have served as cosmic distance markers for astronomers. Over the past decade, they have revealed that the universal expansion, in which all galaxies are receding from each other, is actually accelerating under the influence of mysterious dark energy (for this discovery, the 2011 Nobel Prize in Physics, anounced today, is being awarded to Perlmutter, Riess, and Schmidt). However, the nature of the thermonuclear supernovae themselves is poorly understood, and there has been fierce debate about the identity of the pre-explosion stars or stellar systems. By revealing the range of the ages of the stars that explode in this way, the team's new findings provide some important clues to solving this mystery. The results correspond closely to a scenario in which a thermonuclear supernovae is the outcome of the merger of a pair of compact stellar remnants called white dwarfs. Future observations with the next-generation Subaru imaging camera, Hyper Suprime-Cam, will permit the discovery of even larger and more distant supernova samples, and allow for further testing of this conclusion.

The results are described in a paper by Graur et al. in the October 2011 issue of the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. The title is „Supernovae in the Subaru Deep Field: the rate and delay-time distribution of type Ia supernovae out to redshift 2”.

Written by admin

Dodaj komentarz

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