Újabb bizonyítékok arra, hogyan robbannak a távolságmérésben használt szupernóvák

767

Az Ia szupernóvák alapvető szerepet játszanak a kozmikus távolságok skálázásában, ezért nagyon fontos lenne a robbanás okának ismerete. Egyre inkább úgy tűnik, hogy ezt egy modell nem írja le, legalább két altípus létezik.

Az Ia típusú szupernóvák ún. standard gyertyák, így kulcsfontosságú szereppel bírnak a kozmikus távolságok meghatározásában. A robbanás okait és fizikai természetét illetően két versengő elmélet létezik. Közös bennük, hogy a főszereplők mindegyikben kompakt objektumok, fehér törpék, ráadásul kettős rendszerekben. A robbanást mindkét elméletben a komponensek kölcsönhatása okozza, a magyarázatok a kölcsönhatás természetében térnek el.

Az egyik – immáron “klasszikus” – elképzelés szerint a fehér törpe kísérője egy normál, Naphoz hasonló csillag vagy egy vörös óriás, amelyről a fehér törpe anyagot szív el, ami a hőmérsékletet és a nyomást is megnöveli benne, ez pedig termonukleáris fúzióhoz és végül a robbanáshoz vezet. A másik magyarázat szerint a kettős mindkét komponense fehér törpe, amelyek a tömegközéppont körül egyre kisebb méretű pályákon keringve végül egy óriási kataklizmában összeolvadnak. Egy ideig úgy tűnt, hogy a megfigyelésekkel dönteni lehet majd a két elmélet között, ma már azonban az a valószínűbb, hogy legalább két altípusa létezik az Ia szupernóva-robbanásoknak, az egyiket a tömegátadás, a másikat pedig az összeolvadás magyarázhatja.

A modellek felállításában nyilván nagy segítség, ha minél több szupernóva-robbanást figyelhetünk meg, lehetőleg a legkorábbi fázisoktól kezdve. Ez a célja a Palomar Transient Factory (PTF) projektnek és folytatásának, az iPTF-nek (intermediate Palomar Transient Factory). A Palomar Obszervatóriumok 122 cm-es Samuel Oschin teleszkópján működő kamerarendszer minden éjszaka az égbolt 1/20-ad részét fényképezi végig tranziens jelenségek után kutatva, amelyek fényessége órás-napos időskálán változik, ilyenek például az Ia típusú szupernóva-robbanások is.

2014. május 3-án az iPTF egy Ia típusú, az iPTF14atg jelzéssel ellátott robbanást detektált a 300 millió fényévre lévő IC 831 katalógusjelű galaxisban. A rendszer az észlelt adatokat azonnal átküldi a National Energy Research Scientific Computing Center-be, ahol egy gépi algoritmus elemzi a képeket és próbálja meg elkülöníteni a valós eseményeket a digitális műtermékektől. Mivel az elsődleges analízis során az Egyesült Államokban éjszaka volt, az iPTF együttműködés európai és izraeli résztvevői vették észre a robbanásra utaló jelet, amely az előző éjszakai felvételeken még nem látszott. A detektálás után azonnal riasztották az amerikai partnereket, akik földi és űrteleszkópokkal, többek között a Swift-űrtávcsővel is elkezdték figyelni a forrást. Yi Cao (Caltech) és munkatársai utóbbi ultraibolya felvételein az UV-intenzitás kezdeti csökkenése után észre is vettek egy fényes foltot a robbanás pozíciójában. Mivel az ilyen pulzusok rövid életűek, az eget az iPTF-nél ritkábban letapogató felmérések nem biztos, hogy észreveszik azokat.

Az észlelt ultraibolya felvillanás magyarázata az, hogy a robbanás közben ledobódott anyag a kísérő csillagba ütközik, amelynek következtében a környező anyagot is begyújtó lökéshullám gerjesztődik. Ez a megfigyelés tehát a klasszikus modellt támasztja alá. A pulzust elméleti megfontolások és szuperszámítógépes szimulációk alapján már 2010-ben megjósolta Daniel Kasen (UC Berkeley és Lawrence Berkeley National Laboratory). Ezután sokan elkezdték keresni a nyomait, de Kasen szerint Cao és munkatársainak mérése az első eset, hogy valakinek sikerült is rábukkannia. Az iPTF kollaboráció egyik vezetője, Shrinivas Kulkarni szerint az eredmény közvetlen bizonyítéka a kísérő csillag létezésének, így annak, hogy az Ia típusú robbanások legalább egy része a klasszikus elképzelésnek megfelelően megy végbe.

20150521_ujabb_bizonyitekok_arra_hogyan_robbannak_az_ia_tipusu_szupernovak_1
Egy képkocka az Ia típusú szupernóva-robbanás szuperszámítógépes szimulációjából. A robbanás által ledobott, körülbelül 10 ezer km/s-os sebességgel táguló anyag (barna színű burok) beleütközik a kék színnel jelölt kísérő csillagba, a heves ütközés pedig egy ultraibolya felvillanást eredményez a kísérő által létrehozott üregben. (Dan Kasen)

Bár az iPTF14atg a tömegátadásos modellt támasztja alá, a PTF projektben is detektáltak már olyan Ia típusú szupernóva-robbanásokat – ilyen volt például az M101 galaxisban felfedezett SN 2011fe -, amelyek tulajdonságai az összeolvadásos modellel magyarázhatók. Brad Tucker (The Australian National University) és kollégái a Kepler-űrtávcsővel észlelték három Ia típusú robbanás legkorábbi fázisait, majd a körülbelül három hétig tartó fényesedést a maximumig és az azt követő több hónapos halványodást. Azt találták, hogy a kezdeti lökéshullám által okozott felfúvódás mindhárom esetben különbözőképpen zajlott le, ám végül mindegyik végkifejlet ugyanaz lett: nem találtak arra utaló jeleket, hogy a ledobódott anyag kölcsönhatásba lépett volna a kísérővel, azaz annak léte ilyen módon nem nyert igazolást. Ezek a megfigyelések tehát inkább azt az elképzelést támogatják, hogy a termonukleáris reakciók beindulását két fehér törpe összeolvadása okozza.

A növekvő számú észlelési adat alapján tehát mindkét elméleti magyarázat helyes lehet, azaz egyre inkább úgy tűnik, hogy az Ia típusú szupernóva-robbanásoknak két fajtája is létezik.

Az eredményeket részletező mindkét szakcikk a Nature magazinban jelent meg.

Forrás:

Hozzászólás

hozzászólás