اعتاد علماء الفلك على الاعتقاد بأن جميع المستعرات الأعظمية من النوع 1a هي في الأساس نفس السطوع. هذه مشكلة ، حيث يتم استخدام هذا النوع من المستعرات الأعظمية كشموع قياسية لتحديد المسافات عبر الكون. في الآونة الأخيرة ، تم استخدام هذه المستعرات الأعظمية لحساب القوة الغامضة التي تسمى الطاقة المظلمة التي يبدو أنها تسرع توسع الكون.
وجدت مجموعة من العلماء المنتسبين إلى SuperNova Legacy Survey (SNLS) أدلة مذهلة على وجود أكثر من نوع واحد من السوبرنوفا من النوع Ia ، وهي فئة من النجوم المتفجرة التي كانت تعتبر حتى الآن موحدة بشكل أساسي في جميع النواحي المهمة. المستعر الأعظم Supernova SNLS-03D3bb أكثر من ضعفي سطوع لمعظم المستعرات العظمى من النوع Ia ولكن لديه طاقة حركية أقل بكثير ، ويبدو أنه نصف كتلة مثل النوع Ia النموذجي.
من بين المؤلفين الرئيسيين للتقرير ، الذي ظهر في عدد 21 سبتمبر من مجلة Nature ، أندرو هاول ، سابقًا في قسم الفيزياء في مختبر لورانس بيركلي الوطني والآن في جامعة تورنتو ، وبيتر نوجنت ، عالم فيزياء فلكية مع أبحاث بيركلي لاب الحاسوبية. قطاع. المؤلفون الرئيسيون الآخرون هم مارك سوليفان من جامعة تورنتو وريتشارد إليس من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا. هؤلاء والعديد من المؤلفين الآخرين لورقة الطبيعة هم أعضاء في مشروع Supernova Cosmology الذي يقع في مختبر Berkeley Lab.
نظرًا لأن جميع المستعرات الأعظمية من النوع Ia تقريبًا التي تم العثور عليها حتى الآن ليست مشرقة بشكل ملحوظ فحسب ، ولكنها موحدة بشكل ملحوظ في سطوعها ، فإنها تُعتبر أفضل "الشموع القياسية" الفلكية للقياس عبر المسافات الكونية. في عام 1998 ، بعد ملاحظات العديد من المستعرات الأعظمية البعيدة من النوع Ia ، أعلن مشروع علم المستعرات العظمى Supernova وفريق بحث High-Z Supernova المنافس عن اكتشافهم أن توسع الكون يتسارع - وهي نتيجة ستنسب قريبًا إلى شيء غير معروف يسمى الظلام الطاقة ، التي تملأ الكون وتعارض الجاذبية المتبادلة للمادة.
يقول نوجنت: "يُعتقد أن المستعرات الأعظمية من النوع Ia هي مؤشرات مسافة موثوقة لأنها تحتوي على كمية معيارية من الوقود - الكربون والأكسجين في نجم قزم أبيض - ولديها زناد موحد". "من المتوقع أن تنفجر عندما تقترب كتلة القزم الأبيض من كتلة Chandrasekhar ، والتي تعادل 1.4 مرة كتلة شمسنا. حقيقة أن SNLS-03D3bb تخطت هذا النوع الكبير من الفتحات تفتح علبة Pandora. "
لماذا معظم النوع Ia Supernovae متشابهان
يعتمد تصنيف أنواع المستعرات الأعظمية على أطيافها. لا تحتوي أطياف النوع Ia على خطوط هيدروجين ولكن لديها خطوط امتصاص السيليكون ، وهي دليل على كيمياء انفجاراتها. يُعتقد أن الأسلاف القزمة البيضاء للنوع المستعر الأعظم من النوع Ia ، عادة حوالي ثلثي كتلة الشمس ، تراكم كتلة إضافية من رفيق ثنائي حتى يقتربوا من حد Chandrasekhar. تؤدي زيادة الضغط إلى اندماج الكربون والأكسجين في وسط النجم ، مما يؤدي إلى إنتاج العناصر حتى النيكل في الجدول الدوري ؛ الطاقة المنبعثة في هذه العملية تضرب النجم إلى قطع في انفجار حراري تيتانيك.
وقد لوحظت بعض الاختلافات في المستعرات الأعظمية من النوع Ia ، ولكن معظمها قابل للتوفيق. يستغرق النوع الأكثر إشراقًا وقتًا أطول للارتفاع إلى أقصى درجة سطوعًا وأطول للهبوط. عندما يتم تمديد المقاييس الزمنية لمنحنيات الضوء الفردية لتناسب القاعدة ، ويتم قياس السطوع وفقًا للتمدد ، تتطابق منحنيات الضوء من النوع Ia.
قد تكون اختلافات السطوع بسبب اختلاف نسب الكربون والأكسجين في الأسلاف ، مما يؤدي إلى اختلاف الكميات النهائية من النيكل في الانفجار. إن الاضمحلال الإشعاعي للنيكل إلى الكوبالت ومن ثم الحديد يشغل منحنيات الضوء الضوئية وشبه تحت الحمراء من المستعرات الأعظمية من النوع Ia. يمكن أيضًا أن تكون الاختلافات في السطوع الظاهري منتجات عدم التماثل ؛ إن انفجارًا ينظر إليه من زاوية قد يكون أكثر خفوتًا من الآخر.
لا تكفي أي من هذه الاختلافات المحتملة لشرح السطوع الشديد لمستعر السوبرنوفا SNLS-03D3bb - وهو أكثر سطوعًا من "امتداد" منحنى الضوء. علاوة على ذلك ، في معظم المستعرات الأعظمية الأكثر سطوعًا ، تنتقل المادة التي يتم إخراجها من الانفجار بسرعة أعلى ؛ أي أن هذه الانفجارات لديها طاقة حركية أكثر. لكن قذفة SNLS-03D3bb كانت بطيئة بشكل غير معتاد.
يقول نوجنت: "جمع أندي هاول بين اثنين واثنين معًا وأدرك أن SNLS-03D3bb يجب أن يكون لديه كتلة فائقة من Chandrasekhar".
قداس الأدلة
كان أحد الأدلة هو العناصر اللازمة لإنتاج سطوع إضافي. يقول نوجنت: "كل القوة في النوع الأول تأتي من حرق الكربون والأكسجين إلى العناصر الثقيلة ، ولا سيما النيكل 56". "إن النوع Ia من السطوع الطبيعي يجعل حوالي 60 في المائة من كتلة شمسية بقيمة النيكل 56 ، والباقي عناصر أخرى. لكن SNLS-03D3bb أكثر من الضعف مثل المعتاد ؛ يجب أن يكون لديه أكثر من ضعف النيكل 56. والطريقة الوحيدة للحصول على ذلك هي مع سلف أكبر بنسبة 50 في المائة من كتلة Chandrasekhar ".
العامل الآخر هو بطء إخراج SNLS-03D3bb ، كما تم اكتشافه في تحول الخطوط الأولية في طيفها. تعتمد سرعة القذف المستعر الأعظم على الطاقة الحركية المنبعثة في الانفجار ، وهو الفرق بين الطاقة المنبعثة في الحرق النووي الحراري ناقصًا طاقة الربط التي تعمل على إبقاء النجم معًا ، وهي وظيفة كتلة النجم. كلما كان النجم أكبر ، كلما كان القذف أبطأ.
لكن كيف يمكن لسلف الكربون والأكسجين أن يتراكم كتلة أكبر من حد Chandrasekhar دون أن ينفجر؟ من الممكن أن يكون النجم سريع الدوران أكثر ضخامة. من الممكن أيضًا أن يتصادم قزمان أبيضان ، مع كتلة مجمعة فوق حد Chandrasekhar ، وينفجران.
يقول نوجنت: "لقد جاء أحد الأدلة من مؤلفنا مارك سوليفان ، الذي وجد في بيانات SNLS بالفعل معدلين متميزين لإنتاج مستعر أعظم من النوع Ia. يمكن تقسيمها بشكل فاضح إلى تلك التي تأتي من المجرات الصغيرة التي تشكل النجوم وتلك من المجرات القديمة الميتة. لذلك هناك إشارة إلى أنه قد يكون هناك نوعان من السكان من النوع الأول ، مع نوعين من السلف ، ومسارين مختلفين للانفجار ".
يشرح نوجينت أن المجرات القديمة الميتة حتى أكبر النجوم صغيرة. من المرجح أن تكون الأنواع الوحيدة من المستعرات الأعظمية من النوع Ia الممكنة في هذه المجرات هي النظام الثنائي ، الذي يتراكم بالكتلة ، من نوع Chandrasekhar -كتلة. لكن المجرات الصغيرة المكونة للنجوم تنتج أجسامًا ضخمة ويمكن أن تكون غنية بأنظمة ثنائية قزمًا أبيضًا بالإضافة إلى قزم أبيض مزدوج يسمى ما يسمى بالنظم المزدوجة الانحلال.
يقول نوجنت: "إذا كان النموذج مزدوج الانحلال صحيحًا ، فإن هذه الأنظمة ستنتج دائمًا انفجارات شاندراسيخار فائقة في هذه المجرات الصغيرة جدًا".
من المرجح أن توجد المجرات الصغيرة في الكون المبكر ، وبالتالي على مسافات أكبر. نظرًا لأن المستعرات الأعظمية البعيدة من النوع Ia حاسمة في الجهد المبذول لقياس تطور الطاقة المظلمة ، يصبح من الضروري تحديد المستعرات الأعظمية من النوع Ia التي لا تتناسب مع نموذج كتلة Chandrasekhar. هذا من السهل القيام به مع النوع Ia الغريب مثل SNLS-03D3bb ، ولكن ليس كل المستعرات الفائقة سوبر تشاندراسيخار قد تكون واضحة جدًا.
"إحدى الطرق للكشف عن المستعرات الأعظمية سوبر تشاندراسيخار هي قياس سرعة القذف ومقارنتها بالسطوع. طريقة أخرى هي بأخذ أطياف متعددة مع تطور منحنى الضوء. لسوء الحظ ، فإن أخذ الأطياف هو أكبر حساب في السعي الكامل لدراسات الطاقة المظلمة. وسيتعين على مصممي هذه التجارب إيجاد طرق فعالة للتخلص من المستعرات الأعظمية سوبر تشاندراسيخار من عيناتهم ".
نمذجة الاختلافات
كان جزئياً على أمل تطوير طريقة سريعة وموثوقة لتحديد المستعرات الأعظمية المرشحة من النوع الأول للبحوث الكونية التي اقترب منها نوجنت والمؤلف ريتشارد إليس في البداية من سوليفان وأعضاء آخرين في SNLS ، مع قاعدة بياناتها الكبيرة من المستعرات الأعظمية. من خلال العمل في مركز الحوسبة العلمية لبحوث الطاقة الوطنية (NERSC) الذي يقع مقره في مختبر بيركلي ، طور نوجنت خوارزمية يمكن أن تأخذ حفنة من نقاط البيانات الضوئية في وقت مبكر من تطور مرشح مستعر أعظم ، وتحديدها بشكل إيجابي كنوع Ia ، والتنبؤ بدقة وقت سطوعها الأقصى.
تبين أن إحدى أولى أنواع النوع Ia التي تمت دراستها بهذه الطريقة هي SNLS-03D3bb نفسها. يقول نوجنت: "كان لديها نسبة إشارة إلى ضوضاء عالية للغاية نظرًا لانزياحها الأحمر إلى الحد الذي كان يجب أن نشك فيه منذ البداية أنها ستكون مستعر أعظم غير عادي".
يعتبر نوجنت اكتشاف أول سوبرنوفا سوبر شاندراسيخار سوبرنوفاكتيل الواضحة بمثابة احتمال مثير: "للمرة الأولى منذ عام 1993" - عندما تم تطوير علاقة السطوع مقابل شكل منحنى الضوء - "لدينا الآن اتجاه قوي للبحث عن التالي معلمة تصف سطوع مستعر أعظم من النوع Ia. قد يقودنا هذا البحث إلى فهم أفضل بكثير لأسلافهم ، ومنهجيات استخدامهم كمسبارات كونية. "
هذا الفهم هو أحد الأهداف الرئيسية لاتحاد الفيزياء الفلكية الحاسوبية ، برئاسة ستان ووسلي من جامعة كاليفورنيا في سانتا كروز وبدعم من مكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة من خلال برنامج الاكتشاف العلمي من خلال الحوسبة المتقدمة (SciDAC) ، مع Nugent وجون بيل من قسم بحوث الحوسبة و NERSC بين الشركاء الرائدين.
"كان نموذج شاندراسيخار عام 1931 للانهيار النجمي أنيقًا وقويًا ، يقول نوجنت: "لقد فازت به بجائزة نوبل". "لكن كان نموذجًا بسيطًا أحادي البعد. فقط بإضافة الدوران يمكن للمرء أن يتجاوز كتلة Chandrasekhar ، كما أدرك هو نفسه ".
مع وجود نماذج ثنائية وثلاثية الأبعاد للمستعرات الأعظمية ، أصبح من الممكن الآن استخدام الحواسيب الفائقة ، كما يقول نوجنت ، من الممكن دراسة مجموعة أوسع من إمكانيات الطبيعة. "هذا هو الهدف من مشروع SciDAC ، للحصول على أفضل النماذج وأفضل بيانات المراقبة ودمجها لدفع كرة الشمع بأكملها. في نهاية هذا المشروع ، سنعرف أكثر ما يمكننا معرفته عن جميع أنواع المستعرات الأعظمية من النوع Ia ".
"من النوع Ia Supernova من Super-Chandrasekhar Mass White Dwarf Star" ، بقلم د. أندرو هاول ، مارك سوليفان ، بيتر إي نوجنت ، ريتشارد إس إليس ، ألكسندر جيه. كونلي ، داميان لو بورجن ، ريمون ج. كارلبيرج ، جوليان جاي ، ديفيد بالام ، ستيفان باسا ، دومينيك فوتشيز ، إيزوبيل إم هوك ، إريك ي. هسياو ، جيمس د. نيل ، رينالد باين ، كاثرين م. بيريت ، وكريستوفر ج. بريتشيت ، يظهر في عدد 21 سبتمبر من مجلة Nature and Nature. متاح على الإنترنت للمشتركين.
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: LBL News Release
