رصيد الصورة: LBL
من خلال قياس الضوء المستقطب من نجم متفجر غير عادي ، توصل فريق دولي من علماء الفيزياء الفلكية وعلماء الفلك إلى أول صورة مفصلة لمستعر أعظم من النوع Ia والنظام النجمي المميز الذي انفجر فيه.
باستخدام تلسكوب كبير جدًا في المرصد الأوروبي الجنوبي في تشيلي ، توصل الباحثون إلى أن المستعر الأعظم 2002ic انفجر داخل قرص مسطح كثيف ومتكتل من الغبار والغاز ، تم تفجيره سابقًا 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 ، والمعروفة جيدًا في مجرتنا درب التبانة.
ليفان وانج من مختبر لورانس بيركلي الوطني ، وديتريش بادي من المرصد الأوروبي الجنوبي (ESO) ، وبيتر هوفليش وجي كريج ويلر من جامعة تكساس في أوستن ، وكوجي كاواباتا من المرصد الفلكي الوطني في اليابان ، وكينيتشي أعلن نوموتو من جامعة طوكيو عن النتائج التي توصلوا إليها في عدد 20 مارس 2004 من مجلة Astrophysical Journal Letters.
صب المستعرات الأعظمية للكتابة
يتم تصنيف 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 عادي هو أن طيفه يشبه مستعر أعظم من النوع Ia النموذجي ولكنه يعرض خط انبعاث هيدروجين قوي.
يحدث النوع الثاني وبعض المستعرات الأعظمية الأخرى عندما تنهار نوى النجوم الضخمة جدًا وتنفجر ، تاركة وراءها نجومًا نيوترونية شديدة الكثافة أو حتى ثقوبًا سوداء. لكن المستعرات الأعظمية من النوع Ia تنفجر بآلية مختلفة تمامًا.
يوضح وانغ من مختبر بيركلي ، الرائد في مجال قياس طيف المستعر الأعظم من النوع الأول ، أن 'المستعر الأعظم من النوع الأول هو كرة نارية معدنية'. 'النوع Ia لا يحتوي على هيدروجين أو هيليوم ولكن يحتوي على الكثير من الحديد ، بالإضافة إلى النيكل المشع ، والكوبالت ، والتيتانيوم ، وقليل من السيليكون ، وقليل من الكربون والأكسجين. لذلك يجب أن يكون أحد أسلافه نجمًا قديمًا تطور ليخلف وراءه قزمًا أبيض من الكربون والأكسجين. لكن الكربون والأكسجين ، كوقود نووي ، لا يحترقان بسهولة. كيف يمكن أن ينفجر قزم أبيض؟ '
تفترض نماذج النوع Ia الأكثر قبولًا أن القزم الأبيض - تقريبًا بحجم الأرض ولكنه يحزم معظم كتلة الشمس - يراكم المادة من رفيق يدور حوله حتى يصل إلى 1.4 كتلة شمسية ، والمعروف باسم حد Chandrasekhar . يشتعل القزم الأبيض فائق الكثافة الآن في انفجار نووي حراري عظيم ، ولم يترك وراءه سوى غبار النجوم.
تتضمن المخططات الأخرى اندماج اثنين من الأقزام البيضاء أو حتى القزم الأبيض الوحيد الذي يعيد تكوين المادة التي تتخلى عنها نفسها الأصغر سنًا. على الرغم من ثلاثة عقود من البحث ، حتى الاكتشاف والدراسات الطيفية اللاحقة لـ SN 2002ic ، لم يكن هناك دليل قاطع على أي نموذج.
في نوفمبر 2002 ، أبلغ مايكل وود فاسي وزملاؤه في مصنع سوبر نوفا القريب التابع لوزارة الطاقة ومقره في بيركلي لاب عن اكتشاف SN 2002ic ، بعد وقت قصير من اكتشاف انفجاره على بعد مليار سنة ضوئية تقريبًا في مجرة مجهولة في العالم. كوكبة الحوت.
في أغسطس من عام 2003 ، أفاد ماريو هاموي من مرصد كارنيجي وزملاؤه أن مصدر الغاز الغني بالهيدروجين في SN 2002ic كان على الأرجح ما يسمى بفرع Asymptotic Giant Branch (AGB) ، وهو نجم في المراحل النهائية من حياته ، مع كتلة من ثلاثة إلى ثمانية أضعاف كتلة الشمس - فقط نوع النجم الذي ، بعد أن طار طبقاته الخارجية من الهيدروجين والهيليوم والغبار ، تاركًا وراءه قزمًا أبيض.
علاوة على ذلك ، فإن هذا المستعر الأعظم المتناقض على ما يبدو - نوع Ia بهيدروجين - كان في الواقع مشابهًا للمستعرات الأعظمية الأخرى الغنية بالهيدروجين والتي تم تحديدها سابقًا من النوع IIn. وهذا بدوره يشير إلى أنه في حين أن المستعرات الأعظمية من النوع Ia متشابهة بشكل ملحوظ بالفعل ، فقد تكون هناك اختلافات كبيرة بين أسلافها.
نظرًا لأن المستعرات الأعظمية من النوع Ia متشابهة جدًا ومشرقة جدًا - فهي ساطعة أو أكثر إشراقًا من المجرات بأكملها - فقد أصبحت الشموع الفلكية القياسية الأكثر أهمية لقياس المسافات الكونية وتمدد الكون. في أوائل عام 1998 ، بعد تحليل العشرات من ملاحظات المستعرات الأعظمية البعيدة من النوع Ia ، أعلن أعضاء مشروع علم الكونيات المستعر الأعظم التابع لوزارة الطاقة ومقره في مختبر بيركلي ، جنبًا إلى جنب مع منافسيهم في فريق البحث عن سوبر نوفا High-Z ومقره أستراليا ، الاكتشاف المذهل أن تسارع توسع الكون.
قرر علماء الكونيات لاحقًا أن أكثر من ثلثي الكون يتكون من شيء غامض يُطلق عليه 'الطاقة المظلمة' ، والذي يمتد إلى الفضاء ويقود التوسع المتسارع. لكن تعلم المزيد عن الطاقة المظلمة سيعتمد على الدراسة الدقيقة للعديد من المستعرات الأعظمية البعيدة من النوع Ia ، بما في ذلك معرفة أفضل بنوع الأنظمة النجمية التي تثيرها.
تصور الهيكل باستخدام مقياس الطيف
لقد قدم القياس الطيفي للقياس الطيفي لـ SN 2002ic الصورة الأكثر تفصيلاً لنظام النوع Ia حتى الآن. قياس الاستقطاب يقيس اتجاه موجات الضوء ؛ على سبيل المثال ، النظارات الشمسية Polaroid 'تقيس' الاستقطاب الأفقي عندما تحجب بعض الضوء المنعكس من الأسطح المستوية. ومع ذلك ، في جسم مثل سحابة من الغبار أو انفجار نجمي ، لا ينعكس الضوء من الأسطح بل يتشتت من الجسيمات أو من الإلكترونات.
إذا كانت سحابة الغبار أو الانفجار كرويًا وسلسًا بشكل موحد ، فسيتم تمثيل جميع الاتجاهات بالتساوي ويكون صافي الاستقطاب صفراً. ولكن إذا لم يكن الجسم كرويًا - على شكل قرص أو سيجار ، على سبيل المثال - فسيتذبذب المزيد من الضوء في بعض الاتجاهات أكثر من الاتجاهات الأخرى.
حتى في حالة عدم التماثل الملحوظ ، نادرًا ما يتجاوز صافي الاستقطاب واحد بالمائة. لذلك كان من الصعب على أداة القياس الطيفي ESO قياس SN 2002ic الباهت ، حتى باستخدام التلسكوب الكبير جدًا. استغرق الأمر عدة ساعات من المراقبة في أربع ليالٍ مختلفة للحصول على بيانات قياس الاستقطاب والتحليل الطيفي اللازمة عالية الجودة.
جاءت ملاحظات الفريق بعد عام تقريبًا من اكتشاف SN 2002ic لأول مرة. أصبح المستعر الأعظم أكثر خفوتًا ، ومع ذلك كان خط انبعاث الهيدروجين البارز أكثر سطوعًا بستة أضعاف. من خلال التحليل الطيفي ، أكد علماء الفلك ملاحظة هاموي ورفاقه ، أن تلك المقذوفات التي تتوسع للخارج من الانفجار بسرعة عالية قد اصطدمت بمادة كثيفة وغنية بالهيدروجين.
ومع ذلك ، فإن دراسات قياس الاستقطاب الجديدة فقط يمكن أن تكشف أن معظم هذه المادة قد تم تشكيلها على شكل قرص رفيع. من المحتمل أن يكون الاستقطاب ناتجًا عن تفاعل مقذوفات عالية السرعة من الانفجار مع جزيئات الغبار والإلكترونات في المادة المحيطة التي تتحرك ببطء. نظرًا للطريقة التي سطع بها خط الهيدروجين بعد فترة طويلة من ملاحظة المستعر الأعظم لأول مرة ، استنتج علماء الفلك أن القرص يحتوي على كتل كثيفة وكان في مكانه قبل انفجار القزم الأبيض بفترة طويلة.
يقول وانج: 'تشير هذه النتائج المذهلة إلى أن سلف SN 2002ic كان مشابهًا بشكل ملحوظ للأجسام المألوفة لعلماء الفلك في مجرتنا درب التبانة ، أي السدم الكوكبية الأولية'. العديد من هذه السدم هي بقايا الأصداف الخارجية المنفوخة لنجوم الغصن العملاق المقارب. مثل هذه النجوم ، إذا كانت تدور بسرعة ، فإنها تتخلص من أقراص رفيعة وغير منتظمة.
مسألة توقيت
يستغرق قزم أبيض 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 نسبيًا ؛ مرحلة السديم الكوكبي الأولي هي مرحلة انتقالية ، وتستمر فقط لبضع مئات أو آلاف السنين قبل أن تتبدد المادة المتفجرة. يقول وانج: 'إنها نافذة صغيرة' ، ولم يمض وقت طويل بما يكفي لبقية اللب (وهو نفسه قزم أبيض) لإعادة تجميع مادة كافية للانفجار.
وبالتالي فمن الأرجح أن يكون رفيق قزم أبيض في نظام SN 2002ic منشغلًا بالفعل بجمع المادة قبل فترة طويلة من تشكل السديم. نظرًا لأن مرحلة الكواكب الأولية لا تدوم سوى بضع مئات من السنين ، وبافتراض أن المستعر الأعظم من النوع Ia يستغرق عادةً مليون سنة لتتطور ، فمن المتوقع أن يكون حوالي واحد فقط من الألف من المستعرات الأعظمية من النوع Ia تشبه SN 2002ic. لا يزال عدد أقل من الذين يعرضون خصائصه الطيفية والقياسية القطبية المحددة ، على الرغم من أنه 'سيكون من المثير للاهتمام للغاية البحث عن مستعرات أعظم أخرى من النوع Ia ذات مادة متفاوتة' ، كما يقول وانج.
ومع ذلك ، يقول ديتريش بادي ، الباحث الرئيسي في مشروع قياس الاستقطاب الذي استخدم VLT ، 'إنه افتراض أن جميع المستعرات الأعظمية من النوع Ia هي نفسها التي تسمح بشرح ملاحظات SN 2002ic.'
الأنظمة الثنائية ذات الخصائص المدارية المختلفة وأنواع مختلفة من الرفقاء في مراحل مختلفة من التطور النجمي يمكن أن تؤدي إلى انفجارات مماثلة ، من خلال نموذج التراكم. ملاحظات بادي ، 'تقدم الحالة الغريبة على ما يبدو لـ SN 2002ic دليلًا قويًا على أن هذه الأشياء متشابهة جدًا في الواقع ، كما يوحي التشابه المذهل لمنحنيات الضوء الخاصة بها.'
من خلال إظهار توزيع الغاز والغبار ، أظهر القياس الطيفي سبب تشابه المستعرات الأعظمية من النوع Ia إلى حد كبير على الرغم من أن الكتل والأعمار والحالات التطورية ومدارات أنظمة سلائفها قد تختلف على نطاق واسع.
مختبر بيركلي هو مختبر وطني لوزارة الطاقة الأمريكية يقع في بيركلي ، كاليفورنيا. تقوم بإجراء بحث علمي غير مصنف وتديره جامعة كاليفورنيا. قم بزيارة موقعنا على http://www.lbl.gov .
المصدر الأصلي: بيان صحفي بيركلي لاب
