حقوق الصورة: LBL
من خلال قياس الضوء المستقطب من نجم متفجر غير عادي ، قام فريق دولي من علماء الفيزياء الفلكية وعلماء الفلك بوضع أول صورة تفصيلية لنوع مستعر أعظم من النوع Ia ونظام النجوم المميز الذي انفجر فيه.
باستخدام التلسكوب الكبير جدًا للمرصد الجنوبي الأوروبي في تشيلي ، توصل الباحثون إلى أن المستعر الأعظم 2002ic انفجر داخل قرص من الغبار والغاز المسطح والكثيف والمكتل ، والذي كان في السابق ينفجر بعيدًا عن نجم مصاحب. يشير عملهم إلى أن هذا وبعض السلائف الأخرى من المستعرات الأعظمية من النوع Ia تشبه الأجسام المعروفة باسم السدم الكوكبية الأولية ، المعروفة جيدًا في مجرتنا درب التبانة.
ليفان وانج من مختبر لورانس بيركلي الوطني ، وديتريش بايد من المرصد الجنوبي الأوروبي ، وبيتر إتش فليتش ، وجيه كريج ويلر من جامعة تكساس في أوستن ، وكوجي كواباتا من المرصد الفلكي الوطني في اليابان ، وكينيتشي تقرير Nomoto من جامعة طوكيو النتائج التي توصلوا إليها في عدد 20 مارس 2004 من رسائل مجلة الفيزياء الفلكية.
صب المستعرات الأعظمية للطباعة
يتم تمييز المستعرات الأعظمية وفقًا للعناصر المرئية في أطيافها: تفتقر أطياف النوع الأول إلى خطوط الهيدروجين ، بينما تحتوي أطياف النوع الثاني على هذه الخطوط. ما يجعل SN 2002ic غير معتاد هو أن طيفها يشبه سوبرنوفا نموذجي من النوع Ia ولكنه يعرض خط انبعاث هيدروجين قوي.
يحدث النوع الثاني وبعض المستعرات الأعظمية الأخرى عندما تنهار قلوب النجوم الضخمة وتنفجر ، تاركة وراءها نجوم نيوترونية كثيفة للغاية أو حتى ثقوب سوداء. ومع ذلك ، تنفجر المستعرات الأعظمية من النوع Ia بآلية مختلفة تمامًا.
يوضح مستر وانغ من شركة بيركلي لاب ، رائد في مجال قياس الطيف المستعر الأعظم ، "إن المستعر الأعظم من النوع Ia هو كرة نارية معدنية". "لا يحتوي النوع Ia على هيدروجين أو هيليوم ، ولكن يحتوي على الكثير من الحديد ، بالإضافة إلى النيكل المشع والكوبالت والتيتانيوم وقليل من السيليكون وقليل من الكربون والأكسجين. لذا يجب أن يكون أحد أسلافه نجمًا قديمًا تطورت لتترك وراءها قزمًا أبيض من الأكسجين والكربون. لكن الكربون والأكسجين ، كوقود نووي ، لا يحترقان بسهولة. كيف ينفجر قزم أبيض؟ "
تفترض نماذج Type Ia الأكثر قبولًا على نطاق واسع أن القزم الأبيض - تقريبًا حجم الأرض ولكن يحزم معظم كتلة الشمس - يتراكم المادة من رفيق مداري حتى يصل إلى 1.4 كتلة شمسية ، تعرف باسم حد Chandrasekhar. يشعل القزم الأبيض الفائق الكثافة الآن انفجارًا نوويًا حراريًا عظيمًا ، ولا يترك وراءه سوى النجم.
تتضمن المخططات الأخرى اندماج اثنين من الأقزام البيضاء أو حتى قزم أبيض وحيد يعيد تجميع المسألة التي تسقطها نفسها الأصغر. على الرغم من ثلاثة عقود من البحث ، ومع ذلك ، حتى اكتشاف الدراسات القياسات الطيفية اللاحقة لـ SN 2002ic ، لم يكن هناك دليل ثابت على أي نموذج.
في نوفمبر من عام 2002 ، أبلغ مايكل وود فاسي وزملاؤه في مصنع Supernova القريب التابع لوزارة الطاقة ومقره في مختبر Berkeley Lab عن اكتشاف SN 2002ic ، بعد وقت قصير من اكتشاف انفجاره على بعد مليار سنة ضوئية تقريبًا في مجرة مجهولة في كوكبة الحوت.
في أغسطس من عام 2003 ، ذكر ماريو هاموي من مراصد كارنيجي وزملاؤه أن مصدر الغاز الغني بالهيدروجين الغزير في SN 2002ic كان على الأرجح ما يسمى نجم فرع العملاق المقارب (AGB) ، وهو نجم في المراحل النهائية من حياتها ، مع كتلة الشمس من ثلاثة إلى ثمانية أضعاف - مجرد نوع من النجم الذي ، بعد أن نسف طبقاته الخارجية من الهيدروجين والهيليوم والغبار ، يترك خلف قزم أبيض.
علاوة على ذلك ، كان هذا المستعر الأعظم الذي يبدو متناقضًا ذاتيًا - من النوع Ia مع الهيدروجين - في الواقع مشابهًا للمستعرات الأعظمية الأخرى الغنية بالهيدروجين التي تم تحديدها سابقًا من النوع IIn. يشير هذا بدوره إلى أنه في حين أن المستعرات الأعظمية من النوع Ia متشابهة بشكل ملحوظ بالفعل ، فقد تكون هناك اختلافات واسعة بين أسلافها.
نظرًا لأن المستعرات الأعظمية من النوع Ia متشابهة جدًا ومشرقة جدًا - مشرقة أو أكثر سطوعًا من المجرات بأكملها - فقد أصبحت أهم الشموع القياسية الفلكية لقياس المسافات الكونية وتمدد الكون. في وقت مبكر من عام 1998 ، بعد تحليل عشرات الملاحظات من المستعرات البعيدة من النوع Ia البعيد ، أعلن أعضاء مشروع علم الكونيات السوبرنوفا التابع لوزارة الطاقة ومقره في مختبر بيركلي ، إلى جانب منافسيهم في فريق بحث High-Z Supernova الموجود في أستراليا ، عن اكتشاف مذهل تمدد الكون يتسارع.
قرر علماء الكون بعد ذلك أن أكثر من ثلثي الكون يتكون من شيء غامض يطلق عليه اسم "الطاقة المظلمة" ، والذي يمتد الفضاء ويدفع التوسع المتسارع. لكن معرفة المزيد عن الطاقة المظلمة سيعتمد على دراسة متأنية للعديد من المستعرات الأعظمية البعيدة من النوع Ia ، بما في ذلك معرفة أفضل بنوع الأنظمة النجمية التي تشغلها.
هيكل تصوير بمقياس طيفي
قدم القياس الطيفي لـ SN 2002ic الصورة الأكثر تفصيلاً لنظام Type Ia حتى الآن. يقيس الاستقطاب اتجاه موجات الضوء. على سبيل المثال ، النظارات الشمسية بولارويد "تقيس" الاستقطاب الأفقي عندما تحجب بعض الضوء المنعكس من الأسطح المستوية. في جسم مثل سحابة من الغبار أو انفجار نجمي ، ومع ذلك ، لا ينعكس الضوء من الأسطح ولكن منتشر من الجسيمات أو من الإلكترونات.
إذا كانت سحابة أو انفجار الغبار كروية وسلسة بشكل موحد ، يتم تمثيل جميع الاتجاهات على قدم المساواة ويكون الاستقطاب الصافي صفرًا. ولكن إذا لم يكن الجسم كرويًا - على شكل قرص أو سيجار ، على سبيل المثال - فإن المزيد من الضوء سيتذبذب في بعض الاتجاهات أكثر من اتجاهات أخرى.
حتى بالنسبة للتفاوتات الملحوظة تمامًا ، نادرًا ما يتجاوز الاستقطاب الصافي واحد بالمائة. وبالتالي كان من الصعب على أداة قياس الطيف الضوئي ESO قياس SN 2002ic الخافت ، حتى باستخدام التلسكوب الكبير جدًا. استغرق الأمر عدة ساعات من المراقبة في أربع ليال مختلفة للحصول على بيانات الاستقطاب الطيفي عالية الجودة والبيانات الطيفية.
جاءت ملاحظات الفريق بعد عام تقريبًا من اكتشاف SN 2002ic لأول مرة. أصبح المستعر الأعظم أكثر خفوتًا ، ولكن خط انبعاث الهيدروجين البارز كان أكثر إشراقًا ست مرات. مع التحليل الطيفي ، أكد الفلكيون على ملاحظة هاموي وشركائه ، أن القذف الذي يتوسع إلى الخارج من الانفجار بسرعة عالية قد وصل إلى مادة سميكة غنية بالهيدروجين.
ومع ذلك ، يمكن فقط للدراسات الاستقطابية الجديدة أن تكشف أن معظم هذه المسألة قد تم تشكيلها على شكل قرص رفيع. من المحتمل أن يكون الاستقطاب بسبب تفاعل القذف عالي السرعة من الانفجار مع جزيئات الغبار والإلكترونات في المادة المحيطة البطيئة الحركة. بسبب الطريقة التي سطع بها خط الهيدروجين لفترة طويلة بعد ملاحظة المستعر الأعظم لأول مرة ، استنتج الفلكيون أن القرص يحتوي على كتل كثيفة وكان في مكانه قبل أن ينفجر القزم الأبيض.
يقول وانغ: "تشير هذه النتائج المذهلة إلى أن سلف SN 2002ic كان مشابهًا بشكل ملحوظ للأجسام المألوفة لعلماء الفلك في مجرتنا درب التبانة ، أي السدم الكواكب الأولية". العديد من هذه السدم هي بقايا الأصداف الخارجية المتناثرة لنجوم الفرع العملاق المقارب. مثل هذه النجوم ، إذا كانت تدور بسرعة ، تتخلص من الأقراص الرقيقة غير المنتظمة.
مسألة توقيت
يتطلب قزم أبيض لجمع ما يكفي من المواد للوصول إلى حد Chandrasekhar مليون سنة أو نحو ذلك. على النقيض من ذلك ، يفقد نجم AGB كميات وفيرة من المادة بسرعة نسبية ؛ مرحلة سديم الكواكب الأولية عابرة ، وتستمر فقط بضع مئات أو آلاف السنين قبل أن تتبدد المادة المنفجرة. يقول وانغ: "إنها نافذة صغيرة" ، ولم يمض وقت طويل بما يكفي لبقايا النواة المتبقية (وهي قزم أبيض) لإعادة تجميع المواد الكافية للانفجار.
وبالتالي ، من المرجح أن رفيق قزم أبيض في نظام SN 2002ic كان يقوم بالفعل بتجميع المادة قبل وقت طويل من تشكل السديم. نظرًا لأن مرحلة الكواكب الأولية تستمر فقط بضع مئات من السنين ، وعلى افتراض أن المستعر الأعظم من النوع Ia يستغرق عادةً مليون سنة للتطور ، فمن المتوقع أن يشبه SN 2002ic حوالي ألف من كل المستعرات الأعظمية من النوع Ia. يقول وانغ إن عددًا أقل من ذلك سيظهر ميزاته الطيفية والاستقطابية ، على الرغم من أنه "سيكون من المثير للاهتمام للغاية البحث عن مستعرات أعظمية أخرى من النوع Ia مع مادة نجمية".
ومع ذلك ، يقول ديتريش بايد ، الباحث الرئيسي في مشروع قياس الاستقطاب الذي استخدم VLT ، "إنه افتراض أن جميع المستعرات الأعظمية من النوع Ia هي في الأساس نفسها التي تسمح بتفسير ملاحظات SN 2002ic".
يمكن للأنظمة الثنائية ذات الخصائص المدارية المختلفة وأنواع مختلفة من الصحابة في مراحل مختلفة من التطور النجمي أن تؤدي إلى انفجارات مماثلة ، من خلال نموذج التراكم. يلاحظ بادي ، "إن الحالة التي تبدو غريبة عن SN 2002ic تقدم دليلاً قوياً على أن هذه الأشياء متشابهة إلى حد كبير ، كما يوحي التشابه المذهل لمنحنياتها الخفيفة."
من خلال إظهار توزيع الغاز والغبار ، أظهر القياس الطيفي السبب في أن المستعرات الأعظمية من النوع Ia متشابهة إلى حد كبير على الرغم من اختلاف الكتل والأعمار والحالات التطورية ومدارات أنظمة السلائف الخاصة بها على نطاق واسع.
مختبر بيركلي هو مختبر وطني تابع لوزارة الطاقة الأمريكية يقع في بيركلي ، كاليفورنيا. وهي تجري بحثًا علميًا غير مصنف وتديره جامعة كاليفورنيا. قم بزيارة موقعنا على http://www.lbl.gov.
المصدر الأصلي: نشرة بيركلي لاب الإخبارية
