นักดาราศาสตร์เคยเชื่อว่าซุปเปอร์โนวาประเภท 1a ทั้งหมดนั้นมีความสว่างเท่ากัน นี่เป็นปัญหาเนื่องจากซุปเปอร์โนวาประเภทนี้ใช้เป็นเทียนมาตรฐานเพื่อกำหนดระยะทางทั่วจักรวาล ล่าสุดซุปเปอร์โนวาเหล่านี้ถูกใช้เพื่อคำนวณพลังลึกลับที่เรียกว่าพลังงานมืดที่ดูเหมือนว่าจะเร่งการขยายตัวของจักรวาล
กลุ่มนักวิทยาศาสตร์ที่มีสังกัด SuperNova Legacy Survey (SNLS) พบหลักฐานที่น่าตกใจว่ามีซูเปอร์โนวา Type Ia มากกว่าหนึ่งชนิดซึ่งเป็นชั้นของดาวระเบิดซึ่งจนถึงขณะนี้ได้รับการพิจารณาว่ามีความสำคัญเหมือนกันทุกประการ Supernova SNLS-03D3bb นั้นสว่างกว่าซูเปอร์โนวาประเภท Ia เกือบสองเท่า แต่มีพลังงานจลน์น้อยกว่ามากและดูเหมือนจะมีขนาดใหญ่กว่าครึ่งหนึ่งของ Type Ia ทั่วไป
ผู้เขียนหลักของรายงานซึ่งปรากฏในวารสาร Nature ฉบับวันที่ 21 กันยายน ได้แก่ Andrew Howell ซึ่งเคยเป็นหัวหน้าแผนกฟิสิกส์ที่ Lawrence Berkeley National Laboratory และตอนนี้อยู่ที่มหาวิทยาลัยโตรอนโตและ Peter Nugent นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์กับ Berkeley Lab's Computational Research แผนก. นักเขียนนำคนอื่นคือ Mark Sullivan แห่งมหาวิทยาลัยโตรอนโตและ Richard Ellis จากสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย นักเขียนคนอื่น ๆ ของหนังสือพิมพ์ Nature เหล่านี้และอีกหลายคนเป็นสมาชิกของโครงการ Supernova Cosmology ที่ Berkeley Lab
เนื่องจากซุปเปอร์โนวาประเภท Ia เกือบทั้งหมดที่พบในตอนนี้ไม่เพียง แต่มีความสว่างอย่างน่าทึ่ง แต่ยังคงความสม่ำเสมออย่างน่าทึ่งในความสว่างของมันพวกมันจึงถูกมองว่าเป็น“ เทียนมาตรฐาน” ที่ดีที่สุดทางดาราศาสตร์สำหรับการวัดระยะทางจักรวาลวิทยา ในปี 1998 หลังจากการสังเกตการณ์ของซูเปอร์โนวา Type Ia ที่ห่างไกลหลายแห่งโครงการซูเปอร์โนวาจักรวาลวิทยาและทีมค้นหา High-Z Supernova ทีมคู่แข่งประกาศการค้นพบของพวกเขาว่าการขยายตัวของเอกภพกำลังเร่งขึ้น - การค้นพบที่เร็ว ๆ นี้ พลังงานซึ่งเติมเอกภพและต่อต้านแรงดึงดูดของสสาร
“ ซุปเปอร์โนวาประเภท Ia นั้นเชื่อว่าเป็นตัวบ่งชี้ระยะทางที่น่าเชื่อถือเพราะพวกมันมีปริมาณเชื้อเพลิงมาตรฐาน - คาร์บอนและออกซิเจนในดาวแคระขาว - และพวกมันมีไกที่สม่ำเสมอ” นูเจนต์กล่าว “ พวกมันถูกคาดการณ์ว่าจะระเบิดเมื่อมวลของดาวแคระขาวใกล้กับมวล Chandrasekhar ซึ่งประมาณ 1.4 เท่ามวลดวงอาทิตย์ของเรา ความจริงที่ว่า SNLS-03D3bb นั้นเหนือกว่าการเปิดกล่องของ Pandora”
ทำไมซุปเปอร์โนวาประเภท Ia ส่วนใหญ่จึงเหมือนกัน
การจำแนกประเภทซูเปอร์โนวาขึ้นอยู่กับสเปกตรัมของพวกมัน Type Ia spectra ไม่มีสายไฮโดรเจน แต่มีสายดูดซับซิลิกอนซึ่งเป็นเงื่อนงำทางเคมีของการระเบิด บรรพบุรุษของดาวแคระขาวแห่งซุปเปอร์โนวาประเภท Ia ซึ่งโดยปกติประมาณสองในสามของมวลดวงอาทิตย์นั้นคาดว่าจะมีมวลเพิ่มขึ้นจากดาวคู่ที่เป็นดาวคู่จนกระทั่งพวกมันเข้าใกล้ขีด จำกัด จันทราสเสฮาร์ ความดันที่เพิ่มขึ้นทำให้คาร์บอนและออกซิเจนอยู่ในใจกลางของดาวเพื่อหลอมรวมการผลิตองค์ประกอบถึงนิกเกิลบนตารางธาตุ พลังงานที่ปล่อยออกมาในกระบวนการนี้จะทำให้ดาวแตกเป็นชิ้นในการระเบิดแสนสาหัสทางความร้อนไททานิก
มีการเปลี่ยนแปลงบางอย่างในซุปเปอร์โนวาประเภท Ia แต่สิ่งเหล่านี้ส่วนใหญ่จะสามารถคืนดีกันได้ Brighter Type Ia ใช้เวลานานขึ้นในการเพิ่มความสว่างสูงสุดและใช้เวลานานกว่าในการปฏิเสธ เมื่อช่วงเวลาของเส้นโค้งแสงแต่ละเส้นถูกยืดให้พอดีกับบรรทัดฐานและความสว่างจะถูกปรับสัดส่วนตามการยืดเส้นโค้งของแสงประเภท Ia จะจับคู่
ความแตกต่างของความสว่างอาจเกิดจากอัตราส่วนของคาร์บอนและออกซิเจนที่แตกต่างกันในต้นกำเนิดทำให้นิกเกิลแตกต่างกันในการระเบิด การสลายกัมมันตภาพรังสีของนิเกิลไปยังโคบอลต์จากนั้นเหล็กจะให้พลังงานกับแสงออปติคอลและใกล้อินฟราเรดของ Type Ia supernovae ความแตกต่างของความสว่างที่ปรากฏอาจเป็นผลมาจากความไม่สมดุล การระเบิดที่มองจากมุมหนึ่งอาจจะหรี่ลงเล็กน้อยกว่าอีกมุมหนึ่ง
ความแตกต่างที่เป็นไปได้เหล่านี้ไม่เพียงพอที่จะอธิบายความสว่างสูงของซุปเปอร์โนวา SNLS-03D3bb - ซึ่งสว่างเกินไปสำหรับการโค้งงอของแสง“ ยืด” ยิ่งไปกว่านั้นในซุปเปอร์โนวาที่สว่างที่สุดสสารที่ถูกผลักออกจากการระเบิดจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงกว่า นั่นคือการระเบิดเหล่านี้มีพลังงานจลน์มากกว่า แต่การดีดตัวของ SNLS-03D3bb นั้นช้าผิดปกติ
“ Andy Howell นำสองและสองมารวมกันและตระหนักว่า SNLS-03D3bb จะต้องมีมวลสุดยอด Chandrasekhar” นูเจนต์กล่าว
มวลของหลักฐาน
เงื่อนงำหนึ่งคือองค์ประกอบที่จำเป็นในการสร้างความสว่างพิเศษ “ พลังทั้งหมดใน Type Ia มาจากการเผาไหม้ของคาร์บอนและออกซิเจนไปจนถึงองค์ประกอบที่หนักกว่าโดยเฉพาะอย่างยิ่งนิกเกิล 56” Nugent กล่าว “ ความสว่างปกติประเภท Ia ทำให้ประมาณ 60 เปอร์เซ็นต์ของมวลดวงอาทิตย์มีค่านิกเกิล 56 ส่วนที่เหลือเป็นองค์ประกอบอื่น ๆ แต่ SNLS-03D3bb นั้นสว่างมากกว่าปกติสองเท่า มันจะต้องมีนิกเกิลมากกว่าสองเท่ามากกว่า 56 เท่าวิธีเดียวที่จะได้รับมันมาจากบรรพบุรุษที่มีมวลมากกว่ามวล Chandrasekhar 50%”
อีกปัจจัยคือความเชื่องช้าของการดีดตัวของ SNLS-03D3bb ที่ตรวจพบในการขยับของสายองค์ประกอบในสเปกตรัม ความเร็วของซูเปอร์โนวาดีดเจ็ทนั้นขึ้นอยู่กับพลังงานจลน์ที่ถูกปล่อยออกมาจากการระเบิดซึ่งเป็นความแตกต่างระหว่างพลังงานที่ปล่อยออกมาจากการเผาความร้อนด้วยนิวเคลียร์ลบด้วยพลังงานที่จับกันซึ่งทำหน้าที่จับดาวไว้ด้วยกัน ยิ่งดาวมีมวลมากเท่าไหร่ดาวก็จะคายประจุได้ช้ากว่า
แต่ต้นกำเนิดคาร์บอนออกซิเจนอาจสะสมมวลมากกว่าขีด จำกัด จันทราสคาร์โดยไม่ระเบิดได้อย่างไร เป็นไปได้ที่ดาวหมุนเร็วจะมีมวลมากขึ้น อาจเป็นไปได้ว่าดาวแคระขาวสองดวงที่มีมวลรวมกันมากเกินขีด จำกัด Chandrasekhar สามารถชนกันและระเบิดได้
นูเจนต์กล่าวว่า“ หนึ่งร่องรอยมาจากมาร์คซัลลิแวนผู้เขียนร่วมของเราซึ่งในข้อมูล SNLS ได้พบอัตราที่แตกต่างกันสองประการสำหรับการผลิตซูเปอร์โนวา Type Ia พวกเขาสามารถแตกสลายอย่างรุนแรงในสิ่งที่มาจากกาแลคซีก่อตัวดาวฤกษ์อายุน้อยและกาแลคซีที่ตายแล้ว ดังนั้นจึงมีข้อบ่งชี้ว่าอาจมีประชากรของ Type Ia สองคนพร้อมด้วยต้นกำเนิดสองประเภทและเส้นทางที่แตกต่างกันสองทางในการระเบิด”
ในกาแลคซีเก่าที่ตายแล้วแม้แต่ดาวที่ใหญ่ที่สุดก็มีขนาดเล็กนูเจนต์อธิบาย ซุปเปอร์โนวาประเภท Ia เพียงชนิดเดียวที่เป็นไปได้ในกาแลคซีเหล่านี้น่าจะเป็นระบบเลขฐานสอง, มวลที่เพิ่มขึ้น, ประเภทมวลของ Chandrasekhar แต่กาแลคซีที่ก่อตัวดาวฤกษ์อายุน้อยจะสร้างวัตถุขนาดใหญ่และอาจอุดมไปด้วยระบบดาวคู่แคระขาวบวกกับระบบดาวคู่แคระขาวซึ่งเรียกว่าระบบ
“ ถ้าแบบจำลองเสื่อมโทรมสองเท่านั้นถูกต้องระบบดังกล่าวจะสร้างการระเบิดแบบซุปเปอร์ - จันทราสคาร์ในกาแลคซีที่เล็กมากเหล่านี้เสมอ” นูเจนต์กล่าว
กาแลคซีรุ่นใหม่มีแนวโน้มที่จะพบได้ในเอกภพยุคแรกและในระยะทางไกลกว่า เนื่องจากซูเปอร์โนวาประเภท Ia ที่อยู่ห่างไกลมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความพยายามในการวัดวิวัฒนาการของพลังงานมืดมันจึงจำเป็นที่จะต้องระบุซุปเปอร์โนวาประเภท Ia ที่ชัดเจนซึ่งไม่เหมาะกับแบบจำลองมวลของ นี่เป็นเรื่องง่ายที่จะทำกับ Type Ia แปลก ๆ เหมือนกับ SNLS-03D3bb แต่ไม่ใช่ซุปเปอร์โนวา Chandrasekhar ทั้งหมดที่เด่นชัด
“ วิธีหนึ่งในการตรวจสอบซุปเปอร์โนวา - จันทราสคาร์คือการวัดความเร็วของการตกกระทบและเปรียบเทียบกับความสว่าง อีกวิธีคือการถ่ายสเปกตรัมหลายอันในขณะที่แสงโค้งวิวัฒนาการ น่าเสียดายที่การใช้สเปกตรัมเป็นค่าใช้จ่ายที่ใหญ่ที่สุดในการศึกษาพลังงานมืดทั้งหมด Nugent กล่าว “ ผู้ออกแบบการทดลองเหล่านี้จะต้องหาวิธีที่มีประสิทธิภาพในการกำจัดซุปเปอร์โนวาแชนเนเรเซคาร์จากตัวอย่างของพวกเขา”
การสร้างแบบจำลองการเปลี่ยนแปลง
มันเป็นส่วนหนึ่งของความหวังในการพัฒนาวิธีที่รวดเร็วและเชื่อถือได้ในการระบุซุปเปอร์โนวาประเภท Ia ของผู้สมัครสำหรับการวิจัยเกี่ยวกับดาราศาสตร์ที่ริชาร์ดเอลลิสนูเจนต์และผู้เขียนร่วมได้พบกับซุลลิแวนและสมาชิกคนอื่น ๆ ของ SNLS การทำงานที่ศูนย์คอมพิวเตอร์วิทยาศาสตร์แห่งชาติด้านการวิจัยพลังงาน (NERSC) ซึ่งตั้งอยู่ที่ Berkeley Lab นูเจนต์ได้พัฒนาอัลกอริทึมที่สามารถใช้จุดข้อมูลโฟโตเมทริกจำนวนหนึ่งในช่วงต้นวิวัฒนาการของซูเปอร์โนวาผู้สมัครระบุว่าเป็นประเภท Ia และทำนายได้อย่างแม่นยำ เวลาของความสว่างสูงสุด
หนึ่งใน Type Ia แรกที่ศึกษาวิธีนี้กลายเป็น SNLS-03D3bb “ มันมีอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนสูงเนื่องจากมีการเปลี่ยนสีแดงซึ่งเราน่าจะสงสัยตั้งแต่ต้นว่ามันจะเป็นซุปเปอร์โนวาผิดปกติ” นูเจนต์กล่าว
นูเจนต์พิจารณาถึงการค้นพบซูเปอร์โนวาซุปเปอร์ - Chandrasekhar แรกที่สามารถสาธิตได้ว่าเป็น“ โอกาสครั้งแรกนับตั้งแต่ปี 1993” - เมื่อความสว่างและความสัมพันธ์กับรูปร่างโค้งแสงได้รับการพัฒนา -“ ตอนนี้เรามีทิศทางที่แข็งแกร่งในการค้นหา พารามิเตอร์ที่อธิบายความสว่างของซูเปอร์โนวา Type Ia การค้นหานี้อาจนำเราไปสู่ความเข้าใจที่ดีขึ้นของบรรพบุรุษของพวกเขาและระบบของการใช้พวกเขาเป็นโพรบดาราศาสตร์ "
ความเข้าใจนี้เป็นหนึ่งในเป้าหมายสำคัญของ Consortium Astrophysics Consortium นำโดย Stan Woosley จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียที่ Santa Cruz และสนับสนุนโดยสำนักงานวิทยาศาสตร์ของกระทรวงพลังงานผ่านการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ผ่านโปรแกรมคอมพิวเตอร์ขั้นสูง (SciDAC) พร้อม Nugent และจอห์นเบลล์จากฝ่ายวิจัยการคำนวณและ NERSC ในหมู่พันธมิตรชั้นนำ
“ แบบจำลองการพังทลายของตัวเอกของ Chandrasekhar ในปี 1931 นั้นสง่างามและทรงพลัง มันทำให้เขาได้รับรางวัลโนเบล” นูเจนต์กล่าว “ แต่มันเป็นแบบจำลองหนึ่งมิติที่เรียบง่าย เพียงแค่เพิ่มการหมุนหนึ่งอันสามารถเกินมวล Chandrasekhar ได้ในขณะที่ตัวเขาเองก็จำได้”
ด้วยแบบจำลองซูเปอร์โนวาแบบ 2 มิติและ 3 มิติที่เป็นไปได้ในขณะนี้โดยใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์นูเจนต์กล่าวว่ามันเป็นไปได้ที่จะศึกษาความเป็นไปได้ของธรรมชาติในวงกว้าง “ นั่นคือเป้าหมายของโครงการ SciDAC ของเราเพื่อให้ได้แบบจำลองที่ดีที่สุดและข้อมูลการสังเกตการณ์ที่ดีที่สุดและรวมเข้าด้วยกันเพื่อผลักลูกบอลทั้งหมดของขี้ผึ้ง ในตอนท้ายของโครงการนี้เราจะรู้มากที่สุดเท่าที่เราจะรู้ได้เกี่ยวกับซุปเปอร์โนวาประเภท Ia ทุกประเภท”
“ ซูเปอร์โนวาประเภท Ia จากดาวแคระขาว Super-Chandrasekhar,” โดย D. Andrew Howell, มาร์คซัลลิแวน, ปีเตอร์อีนูเจนต์, Richard S. Ellis, อเล็กซานเดอร์เจ. คอนลี, ดาเมียนเลอบอร์ก, Raymond G. Carlberg, Julien Guy, David Balam, Stephane Basa, Dominique Fouchez, Isobel M. Hook, Eric Y. Hsiao, James D. Neill, Reynald Pain, Kathryn M. Perret และ Christopher J. Pritchett ปรากฏในวารสาร Nature ฉบับวันที่ 21 กันยายนและ ออนไลน์สำหรับสมาชิก
Berkeley Lab เป็นห้องปฏิบัติการแห่งชาติของกระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกาซึ่งตั้งอยู่ที่ Berkeley รัฐแคลิฟอร์เนีย มันดำเนินการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ที่ไม่เป็นความลับและจัดการโดยมหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนีย เยี่ยมชมเว็บไซต์ของเราที่ http://www.lbl.gov
แหล่งต้นฉบับ: LBL News Release
