حقوق الصورة: ESO
يبدو أن البيانات الجديدة التي جمعها التلسكوب الكبير جدًا التابع للمرصد الجنوبي الأوروبي (VLT) تشير إلى أن المستعرات الأعظمية قد لا تكون متناظرة عندما تنفجر - يتغير سطوعها اعتمادًا على كيف تنظر إليها. إذا كانت أكثر سطوعًا أو خافتة اعتمادًا على كيفية النظر إليها ، فقد تتسبب في حدوث أخطاء في حسابات المسافة. لكن البحث الجديد يشير إلى أنها أصبحت أكثر تناسقًا بمرور الوقت ، لذلك يحتاج الفلكيون فقط إلى الانتظار قليلاً قبل إجراء حساباتهم.
قام فريق دولي من علماء الفلك [2] بملاحظات جديدة ومفصلة للغاية عن مستعر أعظم في مجرة بعيدة باستخدام تلسكوب ESO كبير جدًا (VLT) في مرصد بارانال (تشيلي). تظهر لأول مرة أن نوعًا معينًا من السوبرنوفا ، الناجم عن انفجار "قزم أبيض" ، وهو نجم كثيف بكتلة حول كتلة الشمس ، غير متماثل أثناء المراحل الأولية من التوسع.
إن أهمية هذه الملاحظة أكبر بكثير مما قد يبدو للوهلة الأولى. يلعب هذا النوع الخاص من المستعرات الأعظمية ، المسمى "النوع الأول" ، دورًا مهمًا جدًا في المحاولات الحالية لرسم خريطة للكون. منذ فترة طويلة ، تم افتراض أن المستعرات الأعظمية من النوع Ia جميعها تتمتع بنفس السطوع الجوهري ، مما أكسبها لقبًا باسم "الشموع القياسية".
إذا كان الأمر كذلك ، فإن الاختلافات في السطوع المرصود بين المستعرات الأعظمية الفردية من هذا النوع تعكس ببساطة مسافاتها المختلفة. هذا ، وحقيقة أن سطوع سطوع هذه المستعرات الأعظمية ينافس تلك المجرة الأم ، سمح بقياس مسافات حتى المجرات البعيدة جدًا. أدت بعض الاختلافات الواضحة التي تم العثور عليها مؤخرًا إلى اكتشاف التسارع الكوني.
ومع ذلك ، فإن أول ملاحظة واضحة لاختلاف الانفجار في مستعر أعظم من النوع Ia تعني أن السطوع الدقيق لمثل هذا الكائن سيعتمد على الزاوية التي يُرى منها. نظرًا لأن هذه الزاوية غير معروفة لأي مستعر أعظم معين ، فمن الواضح أن هذا يقدم قدرًا من عدم اليقين في هذا النوع من قياسات المسافة الأساسية في الكون والتي يجب أخذها في الاعتبار في المستقبل.
لحسن الحظ ، تُظهر بيانات VLT أيضًا أنه إذا انتظرت قليلاً - وهو ما يجعل من الممكن من منظور المراقبة النظر بشكل أعمق في كرة النار المتوسعة - فإنها تصبح أكثر كروية. وبالتالي ، فإن تحديد المسافة للمستعرات الأعظمية التي يتم إجراؤها في هذه المرحلة اللاحقة ستكون أكثر دقة.
انفجارات السوبرنوفا والمسافات الكونية
أثناء أحداث المستعر الأعظم من النوع Ia ، تنفجر بقايا النجوم ذات الكتلة الأولية التي تصل إلى بضع مرات كتلة الشمس (ما يُسمى "النجوم القزمة البيضاء") ، ولا تترك وراءها سوى سحابة "ستاردست" سريعة التوسع.
يبدو أن المستعرات الأعظمية من النوع Ia متشابهة تمامًا مع بعضها البعض. وهذا يوفر لهم دورًا مفيدًا جدًا مثل "الشموع القياسية" التي يمكن استخدامها لقياس المسافات الكونية. ذروة سطوعها تنافس مجرتهم الأم ، وبالتالي تؤهلهم كمقاييس كونية رئيسية.
لقد استغل الفلكيون هذا الظرف المحظوظ لدراسة تاريخ توسع كوننا. لقد توصلوا مؤخرًا إلى الاستنتاج الأساسي بأن الكون يتوسع بمعدل متسارع ، راجع. ESO PR 21/98 ، ديسمبر 1998 (انظر أيضًا صفحة الويب الخاصة بمستكشف تسريع المستعر الأعظم).
انفجار نجم قزم أبيض
في النماذج الأكثر قبولًا من المستعرات الأعظمية من النوع Ia ، يدور النجم القزم الأبيض السابق للانفجار حول نجم مصاحب يشبه الطاقة الشمسية ، ويكمل ثورة كل بضع ساعات. بسبب التفاعل الوثيق ، يفقد النجم المرافق باستمرار الكتلة ، يتم التقاط جزء منها (في المصطلحات الفلكية: "تراكم") من قبل القزم الأبيض.
يمثل القزم الأبيض المرحلة قبل الأخيرة لنجم من النوع الشمسي. لقد نفد الوقود من المفاعل النووي في قلبه منذ فترة طويلة وهو الآن غير نشط. ومع ذلك ، في مرحلة ما ، سيزيد الوزن المتصاعد للمادة المتراكمة من الضغط داخل القزم الأبيض لدرجة أن الرماد النووي هناك سيشعل ويبدأ في الاحتراق حتى العناصر الأثقل. تصبح هذه العملية بسرعة غير خاضعة للرقابة ويتم تفجير النجم بأكمله في حدث درامي. تُرى كرة نارية شديدة الحرارة غالبًا ما تتفوق على المجرة المضيفة.
شكل الانفجار
على الرغم من أن جميع المستعرات الأعظمية من النوع Ia لها خصائص متشابهة تمامًا ، إلا أنه لم يكن واضحًا حتى الآن مدى تشابه هذا الحدث مع المراقبين الذين يشاهدونه من اتجاهات مختلفة. تبدو جميع البيض متشابهة ولا يمكن تمييزها عن بعضها البعض عند عرضها من نفس الزاوية ، ولكن المنظر الجانبي (البيضاوي) يختلف بشكل واضح عن المنظر النهائي (مستدير).
وبالفعل ، إذا كانت انفجارات المستعر الأعظم من النوع Ia غير متكافئة ، فستشرق مع سطوع مختلف في اتجاهات مختلفة. وبالتالي ، لا يمكن مقارنة ملاحظات المستعرات الأعظمية المختلفة - التي تُرى تحت زوايا مختلفة - بشكل مباشر.
ومع عدم معرفة هذه الزوايا ، فإن الفلكيين سيستنتجون بعد ذلك مسافات غير صحيحة وستكون دقة هذه الطريقة الأساسية لقياس بنية الكون موضع تساؤل.
الاستقطاب لإنقاذ
يظهر حساب بسيط أنه حتى بالنسبة لعيون النسر لمقياس التداخل VLT (VLTI) ، ستظهر جميع المستعرات الأعظمية على مسافات كونية كنقاط ضوئية غير محلولة ؛ إنهم ببساطة بعيدون جدًا. ولكن هناك طريقة أخرى لتحديد الزاوية التي يتم من خلالها رؤية مستعر أعظم معين: قياس الاستقطاب هو اسم الخدعة!
يعمل مقياس الاستقطاب على النحو التالي: يتكون الضوء من موجات كهرومغناطيسية (أو فوتونات) تتأرجح في اتجاهات معينة (طائرات). إن انعكاس أو تشتت الضوء يفضل اتجاهات معينة للمجالات الكهربائية والمغناطيسية على غيرها. هذا هو السبب في أن النظارات الشمسية المستقطبة يمكنها تصفية بريق ضوء الشمس الذي يعكس البركة.
عندما ينتشر الضوء من خلال الحطام المتوسع لمستعر أعظم ، فإنه يحتفظ بالمعلومات حول اتجاه طبقات التشتت. إذا كان المستعر الأعظم متماثلًا كرويًا ، فستكون جميع الاتجاهات متساوية وستتوسط ، لذلك لن يكون هناك استقطاب صافي. ومع ذلك ، إذا لم تكن قذيفة الغاز مستديرة ، فسيتم طباعة استقطاب صافي طفيف على الضوء.
يقول ديتريش بايد ، أحد علماء الفلك في ESO وعضو الفريق الذي أجرى الملاحظات: "حتى في حالة عدم التماثل الملحوظ للغاية ، فإن الاستقطاب صغير جدًا ولا يتجاوز بالكاد مستوى واحد بالمائة". يتطلب قياسها أداة حساسة للغاية ومستقرة للغاية. "
يمثل قياس الاختلافات في مصادر الضوء الخافتة والبعيدة على مستوى أقل من واحد بالمائة تحديًا كبيرًا في الملاحظة. يشرح ديتريش بايد: "مع ذلك ، يقدم تلسكوب ESO الكبير جدًا (VLT) الدقة وقوة جمع الضوء ، بالإضافة إلى الأجهزة المتخصصة المطلوبة لمثل هذه المراقبة القطبية المتطلبة". لكن هذا المشروع ما كان ليصبح ممكنا بدون تشغيل VLT في وضع الخدمة. من المستحيل في الواقع توقع متى تنفجر المستعر الأعظم ونحن بحاجة إلى أن نكون مستعدين طوال الوقت. يسمح وضع الخدمة فقط بالملاحظات في وقت قصير. قبل بضع سنوات ، كان قرارًا بعيد النظر وشجاعًا من قبل إدارة ESO للتركيز كثيرًا على وضع الخدمة. وأضاف أن فريق علماء الفلك المتخصصين والمخلصين في بارانال هو الذي جعل هذا المفهوم نجاحًا عمليًا ".
استخدم الفلكيون [1] أداة FORS1 متعددة الأوضاع VLT لمراقبة SN 2001el ، وهي مستعر أعظم من النوع Ia تم اكتشافه في سبتمبر 2001 في المجرة NGC 1448 ، راجع. PR PR 24a / 03 على مسافة 60 مليون سنة ضوئية.
كشفت الملاحظات التي تم الحصول عليها قبل أسبوع تقريبًا من وصول هذا المستعر الأعظم إلى أقصى درجة سطوع في 2 أكتوبر تقريبًا ، عن الاستقطاب عند مستويات 0.2-0.3٪ (PR Photo 24b / 03). قرب الضوء الأقصى وحتى أسبوعين بعد ذلك ، كان الاستقطاب لا يزال قابلاً للقياس. بعد ستة أسابيع من الحد الأقصى ، انخفض الاستقطاب إلى ما دون قابلية الكشف.
هذه هي المرة الأولى على الإطلاق التي يتم فيها العثور على مستعر أعظم طبيعي من النوع Ia لإظهار مثل هذا الدليل الواضح على عدم التماثل.
تبحث في أعماق السوبرنوفا
بعد انفجار المستعر الأعظم مباشرة ، تتحرك معظم المادة المطاردة بسرعات تبلغ حوالي 10000 كم / ثانية. خلال هذا التوسع ، تصبح الطبقات الخارجية أكثر شفافية تدريجيًا. وبمرور الوقت ، يمكن للمرء أن يبدو أعمق وأعمق في المستعر الأعظم.
وبالتالي فإن الاستقطاب المقاس في SN 2001el يوفر دليلاً على أن الأجزاء الخارجية من المستعر الأعظم (التي تُرى لأول مرة) غير متماثلة بشكل كبير. لاحقًا ، عندما "تخترق" رصدات VLT بشكل أعمق نحو قلب المستعر الأعظم ، تصبح هندسة الانفجار أكثر تماثلًا.
إذا تم تصميمه من حيث الشكل الكروي المسطح ، فإن الاستقطاب المقاس في SN 2001el يشير إلى نسبة محور ثانوي إلى رئيسي حول 0.9 تقريبًا قبل الوصول إلى أقصى سطوع وهندسة متناظرة كرويًا من حوالي أسبوع بعد هذا الحد الأقصى وما بعده.
الآثار الكونية
أحد المعلمات الرئيسية التي تستند إليها تقديرات المسافة من النوع Ia هو السطوع البصري كحد أقصى. ستؤدي اللا كروية المقاسة في هذه اللحظة إلى عدم يقين سطوع مطلق (تشتت) يبلغ حوالي 10٪ إذا لم يتم إجراء تصحيح لزاوية العرض (وهو غير معروف).
في حين أن المستعرات الأعظمية من النوع Ia هي إلى حد بعيد أفضل الشموع القياسية لقياس المسافات الكونية ، وبالتالي للتحقيق في ما يسمى الطاقة المظلمة ، لا يزال هناك شك صغير في القياس.
يقول ليفان وانغ ، قائد الفريق: "إن عدم التماثل الذي قمنا بقياسه في SN 2001el كبير بما يكفي لشرح جزء كبير من هذا الغموض الجوهري". "إذا كانت كل المستعرات الأعظمية من النوع Ia على هذا النحو ، فسيتمثل ذلك في الكثير من التشتت في قياسات السطوع. قد يكونون أكثر تجانساً مما كنا نعتقد ".
يمكن أيضًا الحد من التشتت في قياسات السطوع أيضًا من خلال زيادة عدد المستعرات الأعظمية التي نلاحظها بشكل كبير ، ولكن نظرًا لأن هذه القياسات تتطلب أكبر المقاريب وأكثرها تكلفة في العالم ، مثل VLT ، فهذه ليست الطريقة الأكثر فعالية.
وبالتالي ، إذا تم قياس السطوع بعد أسبوع أو أسبوعين من استخدام الحد الأقصى بدلاً من ذلك ، فسيتم استعادة الكرة الأرضية ولن تكون هناك أخطاء منهجية من زاوية العرض غير المعروفة. من خلال هذا التغيير الطفيف في إجراءات المراقبة ، يمكن أن تصبح المستعرات الأعظمية من النوع Ia معيارًا كونيًا أكثر موثوقية.
الآثار النظرية
يشير الاكتشاف الحالي للخصائص الطيفية المستقطبة بقوة إلى أنه لفهم الفيزياء الكامنة ، يجب إجراء النمذجة النظرية لأحداث المستعرات الأعظمية من النوع Ia في جميع الأبعاد الثلاثة بدقة أكبر مما يتم القيام به حاليًا. في الواقع ، لم تتمكن الحسابات الهيدروديناميكية المتاحة والمعقدة للغاية حتى الآن من إعادة إنتاج الهياكل المكشوفة بواسطة SN 2001el.
معلومات اكثر
تم وصف النتائج الواردة في هذا البيان الصحفي في ورقة بحثية في "مجلة الفيزياء الفلكية" ("مقياس الطيف الضوئي لـ SN 2001el في NGC 1448: اللاكروية من النوع العادي Ia Supernova" بقلم ليفان وانغ والمؤلفين المشاركين ، المجلد 591 ، ص 1110).
ملاحظات
[1]: هذا هو مختبر / ESL / Lawrence Berkeley National Laboratory / Univ. من بيان صحفي تكساس. البيان الصحفي LBNL متاح هنا.
[2]: يتألف الفريق من ليفان وانج ، وديتريش بايد ، وبيتر هليتش ، وأليكسي خوخلوف ، وجيه كريج ويلر ، ودانيال كاسين ، وبيتر إ. نوجنت ، وشاول بيرلموتر ، وكلايس فرانسون ، وبيتر لوندكفيست.
المصدر الأصلي: ESO News Release
