Naukowcy z Lawrence Berkeley National Laboratory we współpracy z kolegami z ESO i Uniwersytetu Teksasu odkryli, że niezwykle jasne supernowe typu Ia nie wybuchają dokładnie w kulisty sposób. Po raz pierwszy zmierzono polaryzację światła gwiazdy podczas gdy ta jaśniała i ciemniała. Badacze dostrzegli, że w szczytowym momencie wybuchająca gwiazda jest nieco spłaszczona – jedna z osi była krótsza o około 10%. Po tygodniu obserwowany wybuch przyjął już sferyczny kształt. Co nowego wnosi to do naszej wiedzy o supernowych?

Po raz pierwszy zmierzyliśmy asymetrię supernowej typu Ia” – mówi Liftan Wang kierujący projektem. Obserwacje pomogą w testowaniu modeli powstawania i wybuchów supernowych, a także podkreślą ich rolę w kosmologii. Porównując jasność i przesunięcie ku czerwieni właśnie tych ciał międzynarodowy Supernova Cosmology Project odkrył coraz szybsze rozszerzanie się Wszechświata. Oznaczało to istnienie stałej kosmologicznej lub innej formy tak zwanej ciemnej energii, która (jak wiemy obecnie) stanowi około 75% gęstości Wszechświata.

Choć supernowe typu Ia służą za wzorce w mierzeniu odległości dla kosmologii i poszukiwaniach ciemnej energii, pozostaje pewna doza niepewności. “Asymetria, jaką zmierzyliśmy w SN 2001el jest wystarczająco duża, wyjaśniała w znacznym stopniu tę niepewność. Jeśli wszystkie supernowe typu Ia są takie, może to tłumaczyć rozbieżności w pomiarach jasności. Supernowe mogą być bardziej podobne do siebie niż myśleliśmy” – mówi Wang.

Podczas kierowanego przez Wanga programu pomiarów polaryzacji ustalono już wcześniej, że inne typy supernowych wykazują znacznie większy stopień polaryzacji, a tym samym asymetrii, niż supernowe typu Ia, w przypadku których wpływ asferyczności na pomiary blasku może być łatwo korygowany.

Wang i jego koledzy tłumaczą jak asymetria kształtu wpływa na obserwowaną jasność posługując się przykładem jajka. Jego kształt można zobaczyć patrząc na jajko z boku; z góry wydaje się okrągłe. Podobnie ma być w przypadku niesymetrycznych supernowych: świecą jaśniej w jednym kierunku niż w innych. Nawet tak potężne teleskopy jak VLT widzą odległe supernowe tylko jako punkty, zatem asymetrie kształtu trzeba wywnioskować z polaryzacji światła.

Światło kulistych gwiazd jest polaryzowane w różnych kierunkach w takim samym stopniu. Inaczej jest w przypadku asymetrycznej gwiazdy lub wybuchu: światło wyemitowane wzdłuż dłuższej osi wykazuje przewagę polaryzacji w określonym kierunku. “Różnice są bardzo małe” – mówi Dietrich Baade, naukowiec z ESO, członek zespołu prowadzącego spektropolarymetrię. “Mierzenie ich wymaga instrumentu, który jest bardzo czuły i bardzo stabilny“.

Do zbadania SN 2001el zespół wykorzystał spektropolarymetr FORS1 podłączony do VLT, największego sprzężonego teleskopu optycznego na świecie. Przeanalizowano polaryzację różnych części widma supernowej, rozpoczynając natychmiast po jej odkryciu we wrześniu 2001 roku. Pomiary powtarzano w miarę wzrostu jasności supernowej, osiągnięcia przez nią maksimum blasku i stopniowego blednięcia.

Pomiary odległości supernowej typu Ia są zwykle przeliczane podczas jej maksymalnej jasności” – mówi Wang. “Nasze obserwacje SN 2001el pokazały, że asymetria utrzymuje się do maksymalnej jasności i poza nią“. Gdy około tygodnia po maksimum zaczyna dominować kulisty kształt, “to nie dlatego, że supernowa zmienia kształt, lecz dlatego, że widzimy różne jej warstwy” – tłumaczy Wang. Rozszerzające się tysiące kilometrów na sekundę zewnętrzne warstwy rozpraszają się i stają się przezroczyste, pozwalając na dojrzenie warstw wewnętrznych. “Kiedy [supernowa] eksploduje, zewnętrzna część jest asferyczna, ale gdy patrzymy głębiej, gęsty wewnętrzny rdzeń jest sferyczny“.

Wyniki spektropolarymetrii SN 2001el podczas spadku blasku sugerują wykorzystanie danych do redukowania niepewności w relacji między odległością a jasnością supernowych typu Ia. Wnoszą też sporo informacji na temat gwiazdy-poprzedniczki supernowej oraz tego, jak przebiegały w niej procesy spalania oraz sama eksplozja.

Obserwacje SN 2001el dostarczają dowodów dla modelu, w którym na białego karła w zjawisku akrecji opada z pobliskiego towarzysza materia, aż do osiągnięcia granicy Chandrasekhara, krytycznej masy około 1,4 masy Słońca. Aby w pełni zrozumieć zachodzące procesy, konieczne może być włączenie danych polarymetrycznych w trójwymiarowych modelach wybuchu, typowe jedno- i dwuwymiarowe modelowanie komputerowe jest nieadekwatne.

Poza polarymetrią, analiza widma supernowej typu Ia w rosnącej części krzywej blasku może dostarczyć szczegółowych informacji o jej składzie pierwiastkowym. “Pokazuje to, że powinniśmy śledzić wzrost i spadek krzywej jasności w całości” – powiedział Wang.

W przyszłości bardzo precyzyjne satelity, takie jak SNAP (SuperNova/Acceleration Probe), pokażą niedoskonałość dotychczasowych badań, uśredniających napotykane asymetrie. SNAP jest zaprojektowany do wykrycia tysięcy supernowych i przeprowadzenia dokładnego badania krzywych zmian ich blasku oraz widm, tak jak to zrobiono w przypadku spektropolarometrii SN 2001el za pomocą FORS1 VLT. To, co obecnie jest dużym osiągnięciem dla naziemnego teleskopu, będzie dla SNAP standardową procedurą.

Autor

Wojtek Rutkowski