אסטרונומים נהגו להאמין כי כל הסופרנובות מסוג 1a היו למעשה באותה בהירות. זו בעיה, מכיוון שסופרנובות מסוג זה משמשות כנרות סטנדרטיים, כדי לקבוע מרחקים ברחבי היקום. לאחרונה, סופרנובות אלה שימשו לחישוב הכוח המסתורי הנקרא אנרגיה אפלה שנראה שמאיץ את התפשטות היקום.
קבוצה של מדענים המזוהים עם סקר SuperNova Legacy (SNLS) מצאו ראיות מדהימות לכך שיש יותר מסוג אחד של סופרנובה מסוג Ia, סוג של כוכבים מתפוצצים שעד כה נחשב לאחיד במהותו מכל הבחינות החשובות. Supernova SNLS-03D3bb בהיר יותר מפי שניים מרוב הסופרנובות מסוג Ia, אך הוא בעל אנרגיה קינטית הרבה פחות, ונראה שהוא שוב כמאסיבי כמו סוג Ia טיפוסי.
מחברי הדו"ח המובילים, המופיע בגיליון 21 בספטמבר של הטבע, כוללים את אנדרו האוול, לשעבר מחלקת הפיזיקה במעבדה הלאומית לורנס ברקלי וכעת באוניברסיטת טורונטו, ופיטר נוגנט, אסטרופיזיקאי במחקר החישובית של מעבדת ברקלי. חטיבה. מחברים מובילים אחרים הם מארק סאליבן מאוניברסיטת טורונטו וריצ'רד אליס מהמכון הטכנולוגי בקליפורניה. אלה ורבים מהכותבים האחרים של עבודת הטבע הם חברים בפרויקט הקוסמולוגיה של סופרנובה שבסיסו במעבדת ברקלי.
מכיוון שכמעט כל סופרנובות מסוג Ia שנמצאו עד כה אינן רק בהירות להפליא אלא אחידות להפליא בבהירותן, הן נחשבות כ"נרות הסטנדרטיים "האסטרונומיים הטובים ביותר למדידה לאורך מרחקים קוסמולוגיים. בשנת 1998, לאחר תצפיות על סופרנובות מרחוק מסוג Ia מרוחקות, הודיעו פרויקט הקוסמולוגיה של סופרנובה והצוות המתחרה High-Z Supernova על תגליתם כי התרחבות היקום מאיצה - ממצא שיוחס בקרוב למשהו הלא ידוע שנקרא אפל אנרגיה, הממלאת את היקום ומתנגדת למשיכה הכבדית ההדדית של החומר.
"סופרנובות מסוג Ia נחשבות כאינדיקטורי מרחק אמינים מכיוון שיש להם כמות דלק סטנדרטית - הפחמן והחמצן בכוכב ננס לבן - ויש להם הדק אחיד", אומר נוג'נט. "הם צפויים להתפוצץ כאשר מסתו של הגמד הלבן מתקרבת למסת צ'אנדרסכר, שהיא בערך פי 1.4 ממסת השמש שלנו. העובדה ש- SNLS-03D3bb הרבה מעבר לסוג ההמוני הזה, פותחת תיבת פנדורה. "
מדוע רוב הסופרנובות מסוג Ia זהות
סיווג סוגי סופרנובה מבוסס על הספקטרום שלהם. בספקטרום מסוג Ia אין קווי מימן אך יש להם קווי ספיגת סיליקון, רמז לכימיה של הפיצוצים שלהם. צאצאי הגמדים הלבנים של supernovae מסוג Ia, בדרך כלל כשני שליש ממסת השמש, נחשבים להביס מסה נוספת של בן לוויה בינארי עד שהם מתקרבים לגבול Chandrasekhar. הגדלת הלחץ גורמת להתמזגות הפחמן והחמצן במרכז הכוכב, ומייצרת את היסודות עד ניקל על השולחן המחזורית; האנרגיה המשתחררת בתהליך זה מפוצצת את הכוכב לרסיסים בפיצוץ תרמו-גרעיני טיטאני.
כמה וריאציות נצפו בסופר-נובות מסוג Ia, אך ברובן הן ניתנות להשוואה. זה לוקח יותר זמן לעלות לבהירות מקסימאלית ולארוך יותר זמן. כאשר מאזני הזמן של עקומות האור הבודדות נמתחים כך שיתאימו לנורמה, והבהירות מוארכת בהתאם למתיחה, עקומות האור של סוג Ia תואמות.
הבדלי בהירות יכולים להיות נובעים מיחס שונה של פחמן וחמצן באבני האביב, וכתוצאה מכך כמויות סופיות של ניקל שונות בפיצוץ. ההתפרקות הרדיואקטיבית של ניקל לקובלט ואז הברזל מחזיקה את עקומות האור האופטיות והקרוב-אינפרא אדום של סופרנובות מסוג Ia. ההבדלים בבהירות לכאורה יכולים להיות גם תוצרים של אסימטריה; פיצוץ שנצפה מזווית אחת עשוי להיות מעט עמום יותר מאשר מזווית אחרת.
אף אחד מההבדלים האפשריים הללו לא מספיק כדי להסביר את הבהירות הקיצונית של סופרנובה SNLS-03D3bb - שהיא בהירה מדי בשביל "מתיחת עקומת האור" שלה. יתר על כן, ברוב הסופרנובות הבהירות יותר, העניין שנפלט מהפיצוץ נוסע במהירות גבוהה יותר; כלומר לפיצוצים האלה יש אנרגיה קינטית יותר. אבל השפיכה של SNLS-03D3bb הייתה איטית במיוחד.
"אנדי האוול חיבר שניים ושניים והבין של- SNLS-03D3bb חייבת להיות מסה סופר-צ'נדרסקהאר", אומר נוגנט.
מסת ההוכחות
רמז אחד היה האלמנטים הדרושים לייצור הבהירות הנוספת. "כל הכוח בסוג Ia נובע משריפת פחמן וחמצן ליסודות כבדים יותר, במיוחד ניקל 56," אומר נוג'נט. "סוג Ia של בהירות רגילה מהווה כ- 60 אחוז ממסת השמש בשווי של ניקל 56, והשאר יסודות אחרים. אבל SNLS-03D3bb בהיר פי שניים מהרגיל; זה חייב להיות בעל יותר מפי שניים מאשר ניקל 56. הדרך היחידה להשיג זאת היא עם אברהם בן 50 אחוז מסיבי יותר ממסת צ'נדרסקהאר. "
הגורם האחר הוא איטיות הנפטה של SNLS-03D3bb, כפי שמתגלה בהחלפת קווי היסוד בספקטרום שלה. מהירות סופרנובה ejecta תלויה באנרגיה הקינטית המשתחררת בפיצוץ, וזה ההבדל בין האנרגיה המשתחררת בשריפה תרמו-גרענית מינוס האנרגיה המחייבת הפועלת להחזקת הכוכב, פונקציה של מסת הכוכב. ככל שהכוכב מאסיבי יותר, הנפטה איטית יותר.
אך כיצד יכול אילוץ יוצר צמח פחמן-חמצן אי פעם מסה גדולה יותר מגבול הצ'נדראסכר בלי להתפוצץ? יתכן שכוכב מסתובב במהירות רבה יכול להיות מסיבי יותר. יתכן גם ששני גמדים לבנים, עם מסה משולבת הרבה מעבר לגבול צ'נדרסכר, יכולים להתנגש ולהתפוצץ.
נוגנט אומר, "רמז אחד הגיע מהשותף שלנו מארק סאליבן, שבנתוני SNLS כבר מצאו שני שיעורים ברורים לייצור סופרנובה מסוג Ia. אפשר לפרק אותם באופן גס לאלו שמגיעים מגלקסיות צעירות יוצרות כוכבים ואלו מגלקסיות ישנות ומתות. אז יש אינדיקציה לכך שישנן שתי אוכלוסיות של סוג Ia, עם שני סוגים של אבות, ושני נתיבים שונים לפיצוץ. "
בגלקסיות ישנות ומתות אפילו הכוכבים הגדולים ביותר הם קטנים, מסביר נוגנט. הסוגים היחידים של סופרנובות מסוג Ia האפשריות בגלקסיות אלה עשויים להיות סוג המוני הבינארי, המצטבר המוני, המוני Chandrasekhar. אולם גלקסיות צעירות יוצרות כוכבים מייצרות חפצים מאסיביים ויכולות להיות עשירות בגמדים לבנים ובמערכות בינאריות גמדיות לבנות, מה שמכונה מערכות "מנוון כפול".
"אם המודל המנוון הכפול צודק, מערכות כאלה תמיד יפיקו פיצוצים סופר-צ'נדראסכר בגלקסיות הצעירות מאוד האלה", אומר נוג'נט.
סביר להניח כי גלקסיות צעירות נמצאות ביקום המוקדם, ובמרחקים גדולים יותר. מכיוון שסופרנובות מסוג Ia רחוקות חיוניות למאמץ למדידת התפתחות האנרגיה האפלה, הופך חיוני לזהות בבירור סופרנובות מסוג Ia שאינן מתאימות לדגם המוני של צ'נדרסקהאר. זה קל לעשות עם סוג Ia מוזר כמו SNLS-03D3bb, אך לא כל הסופרנובות הסופר-צ'נדרסכאר עשויות להיות כה ברורות.
"אחת הדרכים לגלות סופרנובות סופר-צ'נדרסקהאר היא על ידי מדידת מהירות הניידה והשוואה בין בהירות. דרך נוספת היא לקיחת מספר ספקטרומים ככל שעקומת האור מתפתחת. לרוע המזל לקיחת ספקטרום היא ההוצאה הגדולה ביותר בכל קיום מחקרי האנרגיה האפלה, "אומר נוג'נט. "מעצבי הניסויים הללו יצטרכו למצוא דרכים יעילות לחיסול סופרנובות סופר-צ'נדרסקהאר מהדגימות שלהם."
דוגמנות הווריאציות
בחלקו, בתקווה לפתח דרך מהירה ואמינה לזיהוי סופרנובות המועמדות מסוג Ia למחקר קוסמולוגי, פנו בתחילה הנוגנט והשותף ריצ'רד אליס לסאליבן וחברי SNLS אחרים, עם בסיס הנתונים הגדול של סופרנובות. בעבודה במרכז הלאומי לחקר מדעי המחקר אנרגיה (NERSC) שבסיסו במעבדת ברקלי, פיתח נוגנט אלגוריתם שיכול לקחת קומץ של נקודות נתונים פוטומטריות בשלב מוקדם של התפתחות סופרנובה מועמדת, לזהות אותו באופן חיובי כסוג Ia, ולחזות במדויק זמן הבהירות המרבי שלו.
אחד הראשונים שנבדקו על ידי סוג Ia התגלה כ- SNLS-03D3bb עצמו. "היה לו יחס אות לרעש כה גבוה בהינתן ההיסטה האדומה שלה היינו צריכים לחשוד מההתחלה שזה הולך להיות סופרנובה יוצאת דופן," אומר נוג'נט.
נוגנט רואה את גילוי הסופרנובה הסופר-צ'נדרסקהאר הראויה הראשונה כאל פוטנציאל מרגש: "לראשונה מאז 1993" - כאשר התפתחה מערכת היחסים בין צורת הבהירות לעומת צורת עקומת האור - "כעת יש לנו כיוון חזק לחפש את הבא פרמטר המתאר את הבהירות של סופרנובה מסוג Ia. חיפוש זה עשוי להוביל אותנו להבנה טובה בהרבה של אבותיהם, ואת השיטתיות של השימוש בהם כאל בדיקות קוסמולוגיות. "
הבנה זו היא אחת המטרות העיקריות של קונסורציום האסטרופיזיקה החישובית, בראשות סטן וווסלי מאוניברסיטת קליפורניה בסנטה קרוז, ונתמכת על ידי משרד המדע למשרד האנרגיה באמצעות תוכנית גילוי מדעי באמצעות SciDAC (Advanced Computing Computing) באמצעות Nugent וג'ון בל מהאגף לחקר מחשוב ו- NERSC בין השותפים המובילים.
"דגם צ'אנדרסקהאר מ -1931 של התמוטטות כוכבים היה אלגנטי ועוצמתי; זה זכה אותו בפרס נובל, "אומר נוגנט. "אבל זה היה מודל פשוט חד ממדי. רק על ידי הוספת סיבוב אפשר לחרוג ממסת צ'אנדרסכר, כפי שהוא עצמו הכיר. "
עם מודלים דו-מימדיים ותלת-מימדיים של סופרנובות שניתן כיום להשתמש במחשבי-על, אומר נוג'נט, ניתן ללמוד מגוון רחב יותר של אפשרויות הטבע. "זו המטרה של פרויקט SciDAC שלנו, להשיג את הדגמים הטובים ביותר ואת הנתונים התצפיתיים הטובים ביותר ולשלב אותם כדי לדחוף את כל כדור השעווה. בסוף פרויקט זה נדע הכי הרבה שאפשר לדעת על כל מיני סופרנובות מסוג Ia. "
"סופר נובה מסוג Ia מכוכב גמדים סופר-צ'נדרסקהאר המוני", מאת ד. אנדרו האוול, מארק סאליבן, פיטר א. נוגנט, ריצ'רד ס. אליס, אלכסנדר ג'יי קונלי, דמיאן לה בורנה, ריימונד ג. קרלברג, ג'וליאן גאי, דייוויד באלאם, סטפן באסה, דומיניק פוש, איזובל מ. הוק, אריק י. הסיאו, ג'יימס ד. ניל, ריינלד כאב, קתרין פרט וכריסטופר ג'יי פריצ'ט, מופיע בגיליון 21 בספטמבר של הטבע ו- זמין באופן מקוון למנויים.
מעבדת ברקלי היא מחלקת ארה"ב המעבדה הלאומית לאנרגיה הממוקמת בברקלי, קליפורניה. היא עורכת מחקר מדעי לא מסווג ומנוהלת על ידי אוניברסיטת קליפורניה. בקר באתר האינטרנט שלנו בכתובת http://www.lbl.gov.
המקור המקורי: פרסום חדשות LBL
