Kredit gambar: LBL
Dengan mengukur cahaya terpolarisasi dari bintang yang meledak tidak biasa, tim ahli astrofisika dan astronom internasional telah menyusun gambar terperinci pertama tentang supernova Tipe Ia dan sistem bintang khas tempat ledakannya.
Dengan menggunakan Teleskop Sangat Besar Eropa Southern Observatory di Chili, para peneliti menentukan bahwa supernova 2002ic meledak di dalam piringan debu dan gas yang rata, padat, dan gumpalan, yang sebelumnya diterbangkan menjauh dari bintang pendamping. Karya mereka menunjukkan bahwa ini dan beberapa prekursor supernova Tipe Ia menyerupai benda yang dikenal sebagai nebula protoplanet, yang terkenal di galaksi Bima Sakti kita.
Lifan Wang dari Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley, Dietrich Baade dari European Southern Observatory (ESO), Peter H? Flich dan J. Craig Wheeler dari Universitas Texas di Austin, Koji Kawabata dari Observatorium Astronomi Nasional Jepang, dan Ken'ichi Nomoto dari University of Tokyo melaporkan temuan mereka dalam edisi 20 Maret 2004 dari Astrophysical Journal Letters.
Casting supernova untuk mengetik
Supernova diberi label sesuai dengan unsur-unsur yang terlihat dalam spektra mereka: Spektra tipe I tidak memiliki garis hidrogen, sedangkan spektra tipe II memiliki garis-garis ini. Apa yang membuat SN 2002ic tidak biasa adalah bahwa spektrumnya sebaliknya menyerupai supernova Tipe Ia tetapi menunjukkan garis emisi hidrogen yang kuat.
Tipe II dan beberapa supernova lainnya terjadi ketika inti dari bintang yang sangat masif runtuh dan meledak, meninggalkan bintang neutron yang sangat padat atau bahkan lubang hitam. Supernova tipe Ia, bagaimanapun, meledak oleh mekanisme yang sangat berbeda.
"Supernova Tipe Ia adalah bola api metalik," jelas Wang dari Berkeley Lab, seorang perintis di bidang supernova spektrofotometri. “Tipe Ia tidak memiliki hidrogen atau helium tetapi banyak zat besi, ditambah nikel radioaktif, kobalt, dan titanium, sedikit silikon, dan sedikit karbon dan oksigen. Jadi salah satu nenek moyangnya pastilah bintang tua yang telah berevolusi untuk meninggalkan kerdil putih karbon-oksigen. Tetapi karbon dan oksigen, sebagai bahan bakar nuklir, tidak mudah terbakar. Bagaimana bisa kurcaci putih meledak? ”
Model Tipe Ia yang paling banyak diterima mengasumsikan bahwa katai putih - kira-kira seukuran Bumi tetapi mengemas sebagian besar massa matahari - bertambah banyak dari teman yang mengorbit hingga mencapai 1,4 massa matahari, yang dikenal sebagai batas Chandrasekhar. Katai putih sekarang superdense menyala dalam ledakan termonuklir besar, meninggalkan apa-apa selain stardust.
Skema lain termasuk penggabungan dua kurcaci putih atau bahkan kurcaci kulit putih tunggal yang merengkuh kembali masalah yang ditumpahkan oleh dirinya yang lebih muda. Meskipun tiga dekade pencarian, sampai penemuan dan studi spektropolarimetri SN 2002ic berikutnya, tidak ada bukti kuat untuk model apa pun.
Pada November 2002, Michael Wood-Vasey dan rekan-rekannya di Departemen Pabrik Supernova Terdekat yang berbasis di Berkeley Lab melaporkan penemuan SN 2002ic, tak lama setelah ledakannya terdeteksi hampir satu miliar tahun cahaya di galaksi anonim di galaksi anonim di konstelasi Pisces.
Pada bulan Agustus 2003, Mario Hamuy dari Observatorium Carnegie dan rekan-rekannya melaporkan bahwa sumber gas kaya hidrogen yang melimpah di SN 2002ic kemungkinan besar adalah apa yang disebut bintang Asymptotic Giant Branch (AGB), bintang dalam fase akhir dari kehidupannya, dengan tiga hingga delapan kali massa matahari - hanya semacam bintang yang, setelah ia hancurkan lapisan terluarnya hidrogen, helium, dan debu, meninggalkan kerdil putih.
Selain itu, supernova yang tampaknya saling bertentangan ini - Tipe Ia dengan hidrogen - ternyata mirip dengan supernova kaya hidrogen lainnya yang sebelumnya disebut Tipe IIn. Ini pada gilirannya menyatakan bahwa, sementara supernova Tipe Ia memang sangat mirip, mungkin ada perbedaan besar di antara nenek moyang mereka.
Karena supernova Tipe Ia sangat mirip dan sangat terang - seterang atau lebih terang dari galaksi utuh - mereka telah menjadi lilin standar astronomi yang paling penting untuk mengukur jarak kosmik dan perluasan alam semesta. Awal tahun 1998, setelah menganalisis lusinan pengamatan supernova Tipe Ia yang jauh, anggota Proyek Kosmologi Supernova Departemen Energi yang berbasis di Berkeley Lab, bersama dengan saingan mereka di Tim Pencarian Supernova High-Z yang berbasis di Australia, mengumumkan penemuan menakjubkan bahwa perluasan alam semesta semakin cepat.
Ahli kosmologi kemudian menetapkan bahwa lebih dari dua pertiga alam semesta terdiri dari sesuatu yang misterius yang dijuluki "energi gelap", yang membentang ruang dan mendorong percepatan ekspansi. Tetapi mempelajari lebih banyak tentang energi gelap akan bergantung pada studi yang cermat terhadap supernova Tipe Ia yang lebih jauh, termasuk pengetahuan yang lebih baik tentang sistem bintang seperti apa yang memicu mereka.
Struktur gambar dengan spektrofotometri
Spectropolarimetry SN 2002ic telah memberikan gambaran paling detail tentang sistem Type Ia. Polarimetri mengukur orientasi gelombang cahaya; misalnya, kacamata hitam Polaroid “mengukur” polarisasi horizontal ketika mereka menghalangi sebagian cahaya yang dipantulkan dari permukaan datar. Namun, pada benda seperti awan debu atau ledakan bintang, cahaya tidak terpantul dari permukaan tetapi tersebar dari partikel atau dari elektron.
Jika awan debu atau ledakan berbentuk bulat dan halus seragam, semua orientasi sama-sama diwakili dan polarisasi netto adalah nol. Tetapi jika objek tidak berbentuk bulat seperti disk atau cerutu, misalnya - lebih banyak cahaya akan terombang-ambing di beberapa arah daripada di tempat lain.
Bahkan untuk asimetri yang cukup mencolok, polarisasi bersih jarang melebihi satu persen. Dengan demikian itu merupakan tantangan bagi instrumen spektrofotometri ESO untuk mengukur SN 2002ic yang samar, bahkan menggunakan Very Large Telescope yang kuat. Butuh beberapa jam pengamatan pada empat malam yang berbeda untuk mendapatkan data polarimetri dan spektroskopi berkualitas tinggi yang diperlukan.
Pengamatan tim dilakukan hampir setahun setelah SN 2002ic pertama kali terdeteksi. Supernova telah tumbuh lebih redup, namun garis emisi hidrogennya yang menonjol adalah enam kali lebih terang. Dengan spektroskopi, para astronom mengkonfirmasi pengamatan Hamuy dan rekan-rekannya, bahwa ejecta yang melebar keluar dari ledakan dengan kecepatan tinggi telah menabrak materi tebal yang kaya hidrogen.
Namun, hanya studi polarimetrik baru yang dapat mengungkapkan bahwa sebagian besar masalah ini berbentuk cakram tipis. Polarisasi kemungkinan karena interaksi ejecta berkecepatan tinggi dari ledakan dengan partikel debu dan elektron dalam materi sekitarnya yang bergerak lebih lambat. Karena cara garis hidrogen mencerahkan jauh setelah supernova pertama kali diamati, para astronom menyimpulkan bahwa piringan itu termasuk rumpun padat dan telah berada di tempat jauh sebelum katai putih meledak.
"Hasil mengejutkan ini menunjukkan bahwa nenek moyang SN 2002ic sangat mirip dengan benda yang akrab bagi para astronom di Bima Sakti kita sendiri, yaitu nebula protoplanet," kata Wang. Banyak nebula ini adalah sisa-sisa cangkang terluar bintang Asymptotic Giant Branch. Bintang-bintang seperti itu, jika berputar dengan cepat, membuang disk yang tipis dan tidak beraturan.
Masalah waktu
Untuk kurcaci putih untuk mengumpulkan bahan yang cukup untuk mencapai batas Chandrasekhar membutuhkan sekitar satu juta tahun. Sebaliknya, bintang AGB kehilangan jumlah materi yang relatif banyak dengan cepat; fase protoplanetary-nebula bersifat sementara, hanya berlangsung beberapa ratus atau ribuan tahun sebelum materi yang meledak menghilang. "Ini jendela kecil," kata Wang, tidak cukup lama untuk sisa inti (itu sendiri katai putih) untuk kembali mengumpulkan cukup bahan untuk meledak.
Dengan demikian, lebih mungkin bahwa pendamping kerdil putih dalam sistem SN 2002ic sudah sibuk mengumpulkan materi jauh sebelum nebula terbentuk. Karena fase protoplanet hanya berlangsung beberapa ratus tahun, dan dengan asumsi supernova Tipe Ia biasanya membutuhkan satu juta tahun untuk berkembang, hanya sekitar seperseribu dari semua supernova Tipe Ia diperkirakan menyerupai SN 2002ic. Lebih sedikit lagi akan memamerkan fitur spektral dan polarimetrik spesifiknya, meskipun "akan sangat menarik untuk mencari supernova Tipe Ia lainnya dengan materi bintang," kata Wang.
Namun demikian, kata Dietrich Baade, peneliti utama proyek polarimetri yang menggunakan VLT, "itu adalah asumsi bahwa semua supernova Tipe Ia pada dasarnya sama yang memungkinkan pengamatan SN 2002ic untuk dijelaskan."
Sistem biner dengan karakteristik orbital yang berbeda dan berbagai jenis sahabat pada berbagai tahap evolusi bintang masih dapat menimbulkan ledakan serupa, melalui model pertambahan. Notes Baade, “Kasus SN 2002ic yang tampaknya aneh memberikan bukti kuat bahwa benda-benda ini sebenarnya sangat mirip, seperti yang ditunjukkan oleh persamaan kurva cahaya mereka yang menakjubkan.”
Dengan menunjukkan distribusi gas dan debu, spektrofotometri telah menunjukkan mengapa supernova Tipe Ia sangat mirip meskipun massa, usia, keadaan evolusi, dan orbit sistem prekursor mereka mungkin sangat berbeda.
Berkeley Lab adalah laboratorium nasional Departemen Energi AS yang berlokasi di Berkeley, California. Itu melakukan penelitian ilmiah tidak terklasifikasi dan dikelola oleh University of California. Kunjungi situs web kami di http://www.lbl.gov.
Sumber Asli: Siaran Pers Berkeley Lab
