นักดาราศาสตร์วัดรูปร่างของซูเปอร์โนวา

เครดิตรูปภาพ: ESO

ข้อมูลใหม่ที่รวบรวมโดยกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่มากของหอดูดาวยุโรปใต้ (VLT) ดูเหมือนว่าบ่งบอกว่าซุปเปอร์โนวาอาจไม่สมมาตรเมื่อพวกมันระเบิดความสว่างของมันจะเปลี่ยนไปตามวิธีที่คุณมองพวกมัน หากพวกเขาสว่างขึ้นหรือหรี่ขึ้นอยู่กับว่าคุณมองดูอย่างไรมันอาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการคำนวณระยะทาง แต่การวิจัยใหม่บ่งชี้ว่าพวกเขามีความสมมาตรมากขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปดังนั้นนักดาราศาสตร์จึงต้องรอสักครู่ก่อนทำการคำนวณ

ทีมนักดาราศาสตร์ระหว่างประเทศ [2] ได้ทำการสังเกตการณ์แบบใหม่และมีรายละเอียดอย่างมากเกี่ยวกับซูเปอร์โนวาในกาแลคซีที่ห่างไกลพร้อมด้วยกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่มาก ESO (VLT) ที่หอดูดาว Paranal (ชิลี) พวกเขาแสดงเป็นครั้งแรกว่าซูเปอร์โนวาบางประเภทเกิดจากการระเบิดของ“ ดาวแคระขาว” ซึ่งเป็นดาวหนาแน่นที่มีมวลรอบดวงอาทิตย์เป็นสมมาตรในช่วงแรกของการขยายตัว

ความสำคัญของการสังเกตนี้มีขนาดใหญ่เกินกว่าจะเห็นได้อย่างรวดเร็วในครั้งแรก ซุปเปอร์โนวาประเภทนี้ซึ่งได้รับมอบหมาย“ Type Ia” มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในความพยายามในปัจจุบันเพื่อทำแผนที่จักรวาล เป็นที่ทราบกันมานานแล้วว่าซูเปอร์โนวา Type Ia ทุกคนมีความสว่างภายในที่เหมือนกันจึงได้รับฉายาว่า "เทียนมาตรฐาน"

ถ้าเป็นเช่นนั้นความแตกต่างของความสว่างที่สังเกตได้ระหว่างซุปเปอร์โนวาแต่ละประเภทนี้จะสะท้อนระยะทางที่แตกต่างกัน นี่และความจริงที่ว่าความสว่างสูงสุดของซุปเปอร์โนวาเหล่านี้เทียบกับกาแลคซีแม่ของพวกมันได้อนุญาตให้วัดระยะทางของกาแลคซีที่ห่างไกลมาก ความคลาดเคลื่อนที่เห็นได้ชัดบางอย่างที่เพิ่งพบได้นำไปสู่การค้นพบการเร่งจักรวาล

อย่างไรก็ตามการสังเกตอย่างชัดเจนครั้งแรกของการระเบิดความไม่สมดุลในซูเปอร์โนวา Type Ia หมายความว่าความสว่างที่แน่นอนของวัตถุนั้นจะขึ้นอยู่กับมุมที่มองเห็น เนื่องจากมุมนี้ไม่เป็นที่รู้จักสำหรับซูเปอร์โนวาใด ๆ โดยเฉพาะสิ่งนี้จึงแนะนำให้มีความไม่แน่นอนในการวัดระยะทางขั้นพื้นฐานแบบนี้ในจักรวาลซึ่งจะต้องนำมาพิจารณาในอนาคต

โชคดีที่ข้อมูล VLT ยังแสดงให้เห็นว่าถ้าคุณรอนิดหน่อย - ซึ่งในแง่การสังเกตทำให้มันเป็นไปได้ที่จะมองลึกลงไปในลูกไฟที่กำลังขยายตัว - มันจะกลายเป็นทรงกลมมากขึ้น การตรวจสอบระยะทางของซุปเปอร์โนวาที่ดำเนินการในระยะหลังนี้จะแม่นยำยิ่งขึ้น

ระเบิดซูเปอร์โนวาและระยะทางในจักรวาล
ในช่วงเหตุการณ์ซูเปอร์โนวา Type Ia เศษของดาวฤกษ์ที่มีมวลเริ่มต้นไม่เกินสองเท่าของดวงอาทิตย์ (เรียกว่า "ดาวแคระขาว") เกิดการระเบิดโดยไม่เหลืออะไรเลยนอกจากเมฆที่ขยายตัวอย่างรวดเร็วของ "ละอองดาว"

ซุปเปอร์โนวาประเภท Ia นั้นค่อนข้างคล้ายกัน สิ่งนี้ช่วยให้พวกเขามีบทบาทที่มีประโยชน์มากในฐานะ“ เทียนมาตรฐาน” ที่สามารถใช้วัดระยะทางในจักรวาลได้ ความสว่างสูงสุดของพวกมันนั้นเทียบได้กับกาแลคซีต้นสังกัดของพวกมัน

นักดาราศาสตร์ใช้ประโยชน์จากสถานการณ์ที่โชคดีนี้เพื่อศึกษาประวัติศาสตร์การขยายตัวของเอกภพของเรา พวกเขาเพิ่งมาถึงข้อสรุปพื้นฐานว่าจักรวาลกำลังขยายตัวในอัตราเร่ง cf ESO PR 21/98, ธันวาคม 1998 (โปรดดูที่หน้าเว็บซูเปอร์โนวา Acceleration Probe)

การระเบิดของดาวแคระขาว
ในซุปเปอร์โนวาประเภทที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางที่สุดดาวแคระขาวก่อนการระเบิดโคจรรอบดาวฤกษ์คล้ายดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์และทำการปฏิวัติทุกสองสามชั่วโมง เนื่องจากการมีปฏิสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดดาวข้างเคียงจึงสูญเสียมวลอย่างต่อเนื่องซึ่งส่วนหนึ่งถูกหยิบขึ้นมา (ในคำศัพท์ทางดาราศาสตร์: "ถูกอัด") โดยดาวแคระขาว

ดาวแคระขาวแสดงถึงระยะสุดท้ายของดาวประเภทสุริยะ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในแกนของมันหมดเชื้อเพลิงมานานแล้วและตอนนี้ไม่ทำงาน อย่างไรก็ตามในบางจุดน้ำหนักติดตั้งของวัสดุสะสมจะเพิ่มความดันภายในดาวแคระขาวมากจนขี้เถ้านิวเคลียร์ในนั้นจะจุดติดไฟและเริ่มเผาไหม้เป็นองค์ประกอบที่หนักกว่า กระบวนการนี้กลายเป็นไม่มีการควบคุมอย่างรวดเร็วและดาวทั้งดวงถูกระเบิดเป็นชิ้น ๆ ในเหตุการณ์ที่น่าทึ่ง ลูกไฟที่ร้อนจัดเป็นอย่างมากซึ่งมักจะแตกต่างจากกาแลคซีโฮสต์

รูปร่างของการระเบิด
แม้ว่าซุปเปอร์โนวาประเภท Ia ทั้งหมดจะมีคุณสมบัติที่คล้ายกัน แต่ก็ไม่เคยมีความชัดเจนจนถึงขณะนี้เหตุการณ์ที่คล้ายกันนี้จะปรากฏต่อผู้สังเกตการณ์ที่ดูมันจากทิศทางที่แตกต่างกัน ไข่ทุกชนิดมีลักษณะคล้ายกันและแยกไม่ออกจากกันเมื่อมองจากมุมเดียวกัน แต่มุมมองด้านข้าง (รูปไข่) แตกต่างจากมุมมองปลาย (กลม) อย่างเห็นได้ชัด

และแน่นอนถ้าการระเบิดของซูเปอร์โนวา Type Ia ไม่สมมาตรพวกเขาจะเปล่งประกายด้วยความสว่างที่แตกต่างกันในทิศทางที่ต่างกัน การสังเกตการณ์ของซุปเปอร์โนวาที่ต่างกันซึ่งมองเห็นภายใต้มุมต่าง ๆ นั้นไม่สามารถเปรียบเทียบได้โดยตรง

อย่างไรก็ตามการไม่ทราบมุมเหล่านี้นักดาราศาสตร์จะอนุมานระยะทางที่ไม่ถูกต้องและความแม่นยำของวิธีการพื้นฐานในการประเมินโครงสร้างของจักรวาล

โพลาไรซ์เพื่อการช่วยเหลือ
การคำนวณอย่างง่ายแสดงให้เห็นว่าแม้กับดวงตานกอินทรีของ VLT Interferometer (VLTI) ซุปเปอร์โนวาทั้งหมดที่อยู่ในระยะทางดาราศาสตร์จะปรากฏเป็นจุดที่ไม่แน่นอนของแสง มันไกลเกินไป แต่มีวิธีอื่นในการพิจารณามุมที่มีการดูซูเปอร์โนวาโดยเฉพาะคือโพลาไรเมติคคือชื่อของเคล็ดลับ!

โพลาไรซ์ทำงานดังนี้: แสงประกอบด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (หรือโฟตอน) ซึ่งแกว่งไปมาในทิศทางที่แน่นอน (ระนาบ) การสะท้อนหรือการกระเจิงของแสงช่วยให้ทิศทางของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กอยู่เหนือแนวอื่น นี่คือเหตุผลที่แว่นตากันแดดโพลาไรซ์สามารถกรองแสงจากแสงอาทิตย์ที่สะท้อนจากบ่อน้ำ

เมื่อแสงกระจายผ่านส่วนขยายของซูเปอร์โนวามันจะเก็บข้อมูลเกี่ยวกับทิศทางของชั้นกระจาย ถ้าซุปเปอร์โนวานั้นเป็นทรงกลมสมมาตรทิศทางทั้งหมดจะปรากฏอย่างเท่าเทียมกันและจะเฉลี่ยดังนั้นจึงไม่มีโพลาไรเซชันสุทธิ อย่างไรก็ตามหากเปลือกก๊าซไม่กลมโพลาไรเซชันสุทธิจะถูกพิมพ์ลงบนแสง

“ ถึงแม้จะมีความไม่สมดุลอย่างเห็นได้ชัดอย่างไรก็ตามโพลาไรซ์นั้นเล็กมากและแทบจะไม่เกินระดับหนึ่งเปอร์เซ็นต์” ทริชไบรเดดนักดาราศาสตร์ ESO และสมาชิกของทีมที่ทำการสำรวจกล่าว “ การวัดพวกมันต้องการเครื่องมือที่ไวและเสถียรมาก ”

การวัดความแตกต่างของแหล่งกำเนิดแสงจาง ๆ และห่างไกลที่ระดับน้อยกว่าหนึ่งเปอร์เซ็นต์นั้นเป็นความท้าทายที่น่าสังเกต “ อย่างไรก็ตามกล้องโทรทรรศน์ ESO Very Large Telescope (VLT) นำเสนอความแม่นยำพลังการรวบรวมแสงรวมถึงเครื่องมือพิเศษที่จำเป็นสำหรับการสำรวจโพลาริเมทริกที่มีความต้องการ” Dietrich Baade อธิบาย “ แต่โครงการนี้คงเป็นไปไม่ได้หากปราศจาก VLT ที่ดำเนินการในโหมดบริการ แน่นอนว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะคาดการณ์ว่าซุปเปอร์โนวาจะระเบิดและเราต้องพร้อมตลอดเวลา เฉพาะโหมดบริการที่อนุญาตให้ใช้การสังเกตเมื่อมีการแจ้งเตือนสั้น ๆ เมื่อหลายปีก่อนมันเป็นการตัดสินใจที่กล้าหาญและกล้าหาญโดยผู้อำนวยการของ ESO ที่ให้ความสำคัญกับโหมดการบริการ และมันก็เป็นทีมนักดาราศาสตร์ ESO ที่มีความสามารถและอุทิศตนต่อ Paranal ซึ่งทำให้แนวคิดนี้ประสบความสำเร็จในทางปฏิบัติ” เขากล่าวเสริม

นักดาราศาสตร์ [1] ใช้เครื่องมือ FORS1 แบบหลายโหมด VLT เพื่อสังเกต SN 2001el ซึ่งเป็นซุปเปอร์โนวาประเภท Ia ที่ค้นพบเมื่อเดือนกันยายน 2544 ในกาแลคซี NGC 1448, cf. ประชาสัมพันธ์ภาพถ่าย 24a / 03 ที่ระยะทาง 60 ล้านปีแสง

การสำรวจที่ได้รับประมาณหนึ่งสัปดาห์ก่อนที่ซุปเปอร์โนวานี้จะถึงความสว่างสูงสุดรอบ 2 ตุลาคมเผยให้เห็นโพลาไรซ์ที่ระดับ 0.2-0.3% (PR Photo 24b / 03) ใกล้แสงสูงสุดและสูงสุดสองสัปดาห์หลังจากนั้นโพลาไรซ์ก็ยังสามารถวัดได้ หกสัปดาห์หลังจากสูงสุดแล้วโพลาไรเซชันก็ลดลงต่ำกว่าการตรวจจับ

นี่เป็นครั้งแรกที่พบว่าซูเปอร์โนวา Type Ia ปกติแสดงหลักฐานที่ชัดเจนของความไม่สมดุล
มองลึกเข้าไปในซุปเปอร์โนวา

ทันทีหลังจากการระเบิดของซุปเปอร์โนวาสสารที่ถูกขับไล่ออกส่วนใหญ่จะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วประมาณ 10,000 กม. / วินาที ในช่วงการขยายตัวนี้ชั้นนอกสุดจะโปร่งใสมากขึ้นเรื่อย ๆ ด้วยเวลาหนึ่งจึงสามารถมองลึกลงไปในซูเปอร์โนวา

โพลาไรเซชันที่วัดใน SN 2001el จึงแสดงหลักฐานว่าส่วนนอกสุดของซูเปอร์โนวา (ซึ่งพบเห็นครั้งแรก) นั้นไม่สมมาตรอย่างมีนัยสำคัญ ต่อมาเมื่อการสังเกต VLT“ เจาะ” ลึกเข้าไปในหัวใจของซูเปอร์โนวาเรขาคณิตการระเบิดนั้นมีความสมมาตรมากขึ้นเรื่อย ๆ

หากจำลองในรูปทรงของรูปทรงกลมแบนราบโพลาไรเซชันที่วัดได้ใน SN 2001el แสดงถึงอัตราส่วนแกนกลางถึงแกนหลักเล็กน้อยที่ประมาณ 0.9 ก่อนถึงความสว่างสูงสุดและเรขาคณิตสมมาตรทรงกลมจากประมาณหนึ่งสัปดาห์หลังจากนี้สูงสุดและต่อไป
ความหมายทางดาราศาสตร์

หนึ่งในพารามิเตอร์หลักที่ใช้ในการประมาณระยะทางของ Type Ia คือความสว่างของแสงสูงสุด ความคลาดเคลื่อนที่วัดได้ในขณะนี้จะแนะนำความไม่แน่นอนของความสว่าง (การกระจาย) ที่ประมาณ 10% หากไม่มีการแก้ไขสำหรับมุมมอง (ซึ่งไม่ทราบ)

ในขณะที่ซูเปอร์โนวาประเภท Ia นั้นเป็นเทียนมาตรฐานที่ดีที่สุดสำหรับการวัดระยะทางในจักรวาลและด้วยเหตุนี้สำหรับการตรวจสอบพลังงานมืดที่เรียกว่าความไม่แน่นอนของการวัดขนาดเล็กยังคงมีอยู่

“ ความไม่สมดุลที่เราวัดได้ใน SN 2001el นั้นมีขนาดใหญ่พอที่จะอธิบายส่วนใหญ่ของความไม่แน่นอนที่แท้จริงนี้ได้” Lifan Wang หัวหน้าทีมกล่าว “ ถ้าซุปเปอร์โนวาประเภท Ia ทุกคนเป็นเช่นนี้มันจะอธิบายการกระจายตัวของการวัดความสว่างจำนวนมาก มันอาจจะสม่ำเสมอกว่าที่เราคิด”

แน่นอนว่าการลดการกระจายตัวของการวัดความสว่างนั้นสามารถทำได้โดยการเพิ่มจำนวนซุปเปอร์โนวาที่เราสังเกตเห็น แต่เนื่องจากการวัดเหล่านี้ต้องการกล้องโทรทรรศน์ที่ใหญ่ที่สุดและแพงที่สุดในโลกเช่น VLT นี่ไม่ใช่วิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด

ดังนั้นหากความสว่างที่วัดได้ในหนึ่งหรือสองสัปดาห์หลังจากใช้ค่าสูงสุดแล้วความกลมก็จะได้รับการแก้ไขและจะไม่มีข้อผิดพลาดอย่างเป็นระบบจากมุมมองที่ไม่รู้จัก จากการเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยในกระบวนการสังเกตการณ์ซูเปอร์โนวาประเภท Ia อาจกลายเป็นแท่งจักรวาลที่น่าเชื่อถือยิ่งขึ้น
ความหมายเชิงทฤษฎี

การตรวจสอบคุณสมบัติสเปกตรัมโพลาไรซ์ในปัจจุบันแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าเพื่อให้เข้าใจฟิสิกส์พื้นฐานการสร้างแบบจำลองเชิงทฤษฎีของเหตุการณ์ซูเปอร์โนวา Type Ia จะต้องกระทำในทั้งสามมิติด้วยความแม่นยำมากกว่าที่ทำในปัจจุบัน ในความเป็นจริงการคำนวณอุทกพลศาสตร์ที่มีความซับซ้อนสูงนั้นยังไม่สามารถสร้างโครงสร้างที่เปิดเผยโดย SN 2001el ได้
ข้อมูลมากกว่านี้

ผลลัพธ์ที่นำเสนอในข่าวประชาสัมพันธ์นี้ได้รับการอธิบายไว้ในรายงานการวิจัยใน“ Astrophysical Journal” (“ Spectropolarimetry ของ SN 2001el ใน NGC 1448: ความยอดเยี่ยมของ Ia Supernova ประเภทปกติ” โดย Lifan Wang และผู้เขียนร่วมเล่ม 591, p . 1110)
หมายเหตุ

[1]: นี่คือการประสานงาน ESO / Lawrence Berkeley National Laboratory / Univ ของเท็กซัสแถลงข่าว ข่าวประชาสัมพันธ์ LBNL มีให้ที่นี่

[2]: ทีมประกอบด้วย Lifan Wang, Dietrich Baade, Peter H? flich, Alexei Khokhlov, J. Craig Wheeler, Daniel Kasen, ปีเตอร์อีนูเจนต์, Saul Perlmutter, Claes Fransson และ Peter Lundqvist

แหล่งต้นฉบับ: ข่าว ESO