Jak różne są identyczne supernowe

Jak różne są identyczne supernowe
Jak różne są identyczne supernoweOriginal Press Release
Supernowe typu Ia to wybuchające gwiazdy, które pełnią niezwykle ważną rolę w próbach zmierzenia Wszechświata, a ich badania doprowadziły do odkrycia istnienia ciemnej energii.

Podobnie jak woda mineralna może być gazowana lub nie, również takie mogą być supernowe

prof. Robert Kirshner,
Harvard University

Obecnie istnieją dwie bardzo różne hipotezy wyjaśniające mechanizm powstawania supernowych typu Ia. Rozmaite badania potwierdzają poprawność każdej z nich. Natomiast właśnie przedstawione nowe dowody wskazują, że obydwa modele są poprawne – niektóre z  supernowych powstaje w wyniku zadziałania pierwszego mechanizmu, inne – drugiego.

„Wcześniejsze badania przynosiły sprzeczne wyniki. Konflikt znika, jeśli mają miejsce oba rodzaje eksplozji „- mówi astronom Centrum Astrofizyki (CfA) Harvard-Smithsonian Ryan Foley.

Wiadomo, że supernowe typu Ia są efektem gigantycznych eksplozji białych karłów – gęstych jąder martwych gwiazd. Białe karły określa się także mianem zdegenerowanych gwiazd, ponieważ za ich stabilność odpowiada ciśnienie degeneracji kwantowej.

W modelu supernowa pojedynczej degeneracji, biały karzeł przyswaja materię z sąsiadującej gwiazdy do momentu osiągnięcia punktu krytycznego, w którym zapala się łańcuchowa reakcja jądrowa i gwiazda eksploduje. W modelu podwójnej degeneracji, dwa białe karły zlewają się i eksplodują. W układach powstałych zgodnie z pierwszym modelem wokół supernowej powinien być widoczny gaz z towarzyszącej gwiazdy, w drugim przypadku gazu tego nie będzie.

„Podobnie jak woda mineralna może być gazowana lub nie, również takie mogą być supernowe”- mówi prof. Robert Kirshner z Uniwersytetu Harvard, współautor badań.

Foley i jego koledzy zbadali 23 supernowych typu Ia szukając śladów gazu wokół supernowych, które powinny być obecne tylko w układach pojedynczo zdegenerowanych. Okazało się, że silniejsze wybuchy, przeważnie pochodziły z układów wykazujących obecność lub wypływy gazu. Jednak tylko część supernowych wykazuje takie cechy. Reszta wydaje się pochodzić z układów podwójnie zdegenerowanych.

„Na pewno są dwa rodzaje środowisk: zarówno z wypływami jak i bez wypływu gazu. Oba znajdują się wokół supernowych typu Ia „- mówi Foley.

Odkrycie to ma ogromne znaczenie dla pomiarów ciemnej energii i ekspansji Wszechświata. Jeśli obecne są dwa różne mechanizmy prowadzące do powstania supernowych typu Ia, to te dwa typy muszą być rozpatrywane oddzielnie przy obliczaniu kosmicznych odległości i szybkości ekspansji.

„To jak mierzenie Wszechświata mieszanką miarek o długości metra i jarda, uzyskasz w przybliżeniu ten sam wynik, ale nie całkiem. Aby uzyskać dokładny wynik, trzeba oddzielić miarki metrowe od tych o długości jarda „- dodaje Foley.

Dla wyjaśnienia: 1 jard to około 0,9 metra

Wyniki to rodzą ciekawe pytanie – jeśli dwa tak różne mechanizmy prowadzą do powstania supernowych typu Ia, to dlaczego są one mimo to na tyle jednorodne by służyć jako świece standardowe? „Dlaczego supernowe pochodzących z tak różnych układów wyglądają tak podobnie? Nie wiem”- podsumowuje Foley.

Źródła:

One Supernova Type, Two Different Sources

The exploding stars known as Type Ia supernovae serve an important role in measuring the universe, and were used to discover the existence of dark energy. They're bright enough to see across large distances, and similar enough to act as a „standard candle” – an object of known luminosity. The 2011 Nobel Prize in Physics was awarded for the discovery of the accelerating universe using Type Ia supernovae. However, an embarrassing fact is that astronomers still don't know what star systems make Type Ia supernovae.

Two very different models explain the possible origin of Type Ia supernovae, and different studies support each model. New evidence shows that both models are correct – some of these supernovae are created one way and some the other.

„Previous studies have produced conflicting results. The conflict disappears if both types of explosion are happening,” explained Smithsonian astronomer and Clay Fellow Ryan Foley (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics).

Type Ia supernovae are known to originate from white dwarfs – the dense cores of dead stars. White dwarfs are also called degenerate stars because they're supported by quantum degeneracy pressure.

In the single-degenerate model for a supernova, a white dwarf gathers material from a companion star until it reaches a tipping point where a runaway nuclear reaction begins and the star explodes. In the double-degenerate model, two white dwarfs merge and explode. Single-degenerate systems should have gas from the companion star around the supernova, while the double-degenerate systems will lack that gas.

„Just like mineral water can be with or without gas, so can supernovae,” said Robert Kirshner, Clowes Professor of Astronomy at Harvard University and a co-author on the study.

Foley and his colleagues studied 23 Type Ia supernovae to look for signatures of gas around the supernovae, which should be present only in single-degenerate systems. They found that the more powerful explosions tended to come from „gassy” systems, or systems with outflows of gas. However, only a fraction of supernovae show evidence for outflows. The remainder seem to come from double-degenerate systems.

„There are definitely two kinds of environments – with and without outflows of gas. Both are found around Type Ia supernovae,” Foley said.

This finding has important implications for measurements of dark energy and the expanding universe. If two different mechanisms are at work in Type Ia supernovae, then the two types must be considered separately when calculating cosmic distances and expansion rates.

„It's like measuring the universe with a mix of yardsticks and meter sticks – you'll get about the same answer, but not quite. To get an accurate answer, you need to separate the yardsticks from the meter sticks,” Foley explained.

This study raises an interesting question – if two different mechanisms create Type Ia supernovae, why are they homogeneous enough to serve as standard candles?

„How can supernovae coming from different systems look so similar? I don't have the answer for that,” said Foley.

The paper describing this research will appear in the Astrophysical Journal and is available online.

Headquartered in Cambridge, Mass., the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) is a joint collaboration between the Smithsonian Astrophysical Observatory and the Harvard College Observatory. CfA scientists, organized into six research divisions, study the origin, evolution and ultimate fate of the universe.

Dodaj komentarz

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