Astronomowie coraz bliżej rozwiązania zagadki supernowych

Astronomowie coraz bliżej rozwiązania zagadki supernowychOriginal Press Release
Zespół naukowców, wśród których znalazł się Mansi M.

To, że supernową tę odkryliśmy bardzo wcześnie, w połączeniu z faktem, że Galaktyka Wiatraczek znajduje się tak blisko, dał nam bezprecedensową okazję, aby uczynić z niej najlepiej poznaną supernową w historii

Shri Kulkarni
California Institute of Technology

Supernowych typu Ia to gwałtowne eksplozje gwiazd. Obserwacje ich jasności są wykorzystywane do określania odległości we Wszechświecie. To dzięki tym pomiarom naukowcy odkryli, że rozszerzanie się Wszechświata przyspiesza. Jak wielką odgrywają rolę ilustruje choćby fakt, że tegoroczna Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki została przyznana trzem astronomom za „odkrycie przyspieszenie ekspansji Wszechświata poprzez obserwacje odległych supernowych.”

Zespół PTF, kierowany przez prof. Shri Kulkarni z California Institute of Technology, odkrył supernową SN2011fe, zaledwie 11 godzin po eksplozji. Moment wybuchu wybuchu supernowej widocznej w Galaktyce Wiatraczek ustalili na godzinę 16:30 UT 23 sierpnia.

„Od kilku lat fotografuję Galaktykę Wiatraczek każdej nocy za pomocą zrobotyzowanych teleskopów Obserwatorium Palomar w nadziei, że będzie miało w niej miejsce takie rzadkie zjawisko „- mówi Kasliwal. -” Gdy ujrzałem SN2011fe, małoż że nie  spadłem z krzesła – jej jasność była zbyt słaba, by być supernową i zbyt jasna na gwiazdę nową. Dopiero obserwacje prowadzone w ciągu następnych kilku godzin wykazały, że to faktycznie była wyjątkowo młoda supernowa typu Ia.”

Powszechnie przyjęta teoria głosi, że supernowe typu Ia to termojądrowe eksplozje białego karła, będącego częścią układu podwójnego – dwóch położonych blisko siebie gwiazd krążących wokół wspólnego środka masy.

Istnieją dwa różne modele powstawania supernowych typu Ia w tego rodzajach układach podwójnych. W modelu DD (ang. double-degenerate, podwójnej degeneracji) orbita pomiędzy dwoma białymi kurczy się do momentu, gdy trajektoria lżejszego z karłów zostaje zakłócona i zbliża się on na tyle do cięższego karła by nastąpił przepływ materii z lżejszej gwiazdy na cięższą inicjujący eksplozję. W modelu SD (ang. single-degenerate – pojedynczej degeneracji), biały karzeł powoli pobiera materię aż do osiągnięcia punktu zapłonu od gwiazdy nie będącej białym karłem. Model ten przewiduje trzy potencjalne metody transferu materii – w zależności od tego, jaka jest gwiazda towarzysząca, którą może być czerwony olbrzym, gwiazda helowa, lub tzw podolbrzym lub gwiazda ciągu głównego.

Obserwacje wczesnych stadiów eksplozji supernowej – przedstawione w artykule, którego głównym autorem jest Peter Nugent z Lawrence Berkeley Laboratory – zawierają dowody, że główną, eksplodującą gwiazdą był biały karzeł należący do klasy karłów węglowo-tlenowych. Czułe i zarazem wczesne obserwacje w paśmie radiowym i rentgenowskim, przedstawione w odrębnym opracowaniu, opublikowanym na łamach The Astrophysical Journal, nie wykazały interakcji z otaczającą materią. Łącząc te dane wraz z analizy archiwalnych zdjęć, zespół wykluczył obecność czerwonego olbrzyma, jak również większość rodzajów gwiazd helowych jako drugiej gwiazdy w układzie podwójnym przed wybuchem.

To oznacza, że towarzysząca gwiazda była albo białym karłem, tak jak sugeruje model DD albo podolbrzymem lub gwiazdą ciągu głównego modelu SD.

Analiza materii wyrzuconej przez wybuch supernowej sugeruje, że mało prawdopodobne jest by druga gwiazda w układzie była białym karłem. Tak więc SN2011fe powstała zapewne z pochłaniającego materię od sąsiedniego podolbrzyma lub gwiazdy ciągu głównego białego karła tak jak przewiduje to model SD.

Źródła:

  • Carnegie Institution for Science: Solving a supernova mystery
  • Zdjęcie: B. J. Fulton, Las Cumbres Observatory Global Telescope Network
Solving a supernova mystery

A team of scientists, including Carnegie’s Mansi M. Kasliwal, has observed the early stages of a Type Ia supernova that is only 21 million light years away from Earth–the closest of its kind discovered in 25 years. The Palomar Transient Factory team’s detection of a supernova less than half a day after it exploded will refine and challenge our understanding of these stellar phenomena. Their breakthrough observations are published December 15 in Nature.

Type Ia supernovae are violent stellar explosions. Observations of their brightness are used to determine distances in the universe and have shown scientists that the universe is expanding at an accelerating rate. The Nobel Prize in Physics was awarded December 10 to three astronomers for their „discovery of the accelerating expansion of the Universe through observations of distant supernovae.”

The PTF team, led by Professor Shri Kulkarni of the California Institute of Technology, discovered this supernova, named SN2011fe, just 11 hours after it exploded. They were able to pinpoint the explosion in the Pinwheel Galaxy to August 23 at about 4:30 p.m. Universal Time.

“For several years, I had been taking images with robotic telescopes at Palomar Observatory of the Pinwheel Galaxy every night I possibly could, hoping it would give birth to a rare cosmic feat,” Kasliwal said. “When we saw SN2011fe, I fell off my chair as its brightness was too faint to be a supernova and too bright to be nova. Only follow-up observations in the next few hours revealed that this was actually an exceptionally young Type Ia supernova.”

The widely accepted theory is that Type Ia supernovae are thermonuclear explosions of a white dwarf star that’s part of a binary system–two stars that are physically close and orbit around a common center of mass.

There are two different models for how Type Ia supernovae are created from this type of binary system. In the so-called double-degenerate (or DD) model, the orbit between two white dwarf stars shrinks until the lighter star’s path is disrupted and it moves close enough for some of its matter to be absorbed into the primary white dwarf and initiate an explosion. In the so-called single-degenerate (or SD) model, the white dwarf slowly accretes mass from a different, non-white dwarf type of star, until it reaches an ignition point. There are three potential methods for the transfer of mass and–depending on which one is used–the second star is likely to be a red giant, a helium star, or a so-called subgiant or main-sequence star.

Observations of the early stages of the supernova–presented in a paper by lead author Peter Nugent of Lawrence Berkeley Laboratory–showed direct evidence that the primary star was a type of white dwarf called a carbon-oxygen white dwarf.Very sensitive and early radio and X-ray observations, presented in a separate paper to be published in The Astrophysical Journal, show no evidence of interaction with surrounding material. Combining this data with an analysis of historical images, the team ruled out luminous red giants and the vast majority of helium stars for the second star in the binary system before the explosion.

These clues meant that the secondary star was either another white dwarf, as in the DD model, or a subgiant or main-sequence star, as created by one of the three SD model methods.

Analysis of the matter ejected by the supernova’s explosion suggests that the second star is less likely to be another white dwarf. Thus, the solution to the mystery of SN2011fe’s origin is probably a primary white dwarf accreting matter from a neighboring subgiant or main-sequence star.

„The fact that we discovered this supernova in its infancy, and that the Pinwheel Galaxy is in our cosmic backyard, has given us an unprecedented opportunity to make this the best studied supernova to date,” Kulkarni said.

Written by admin

Dodaj komentarz

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