Para astronom dulu percaya bahwa semua supernova Tipe 1a pada dasarnya memiliki kecerahan yang sama. Ini adalah masalah, karena supernova jenis ini digunakan sebagai lilin standar, untuk menentukan jarak melintasi Semesta. Baru-baru ini, supernova ini telah digunakan untuk menghitung kekuatan misterius yang disebut energi gelap yang tampaknya mempercepat ekspansi Semesta.
Sekelompok ilmuwan yang berafiliasi dengan SuperNova Legacy Survey (SNLS) telah menemukan bukti mengejutkan bahwa ada lebih dari satu jenis supernova Tipe Ia, kelas bintang yang meledak yang sampai sekarang dianggap sebagai seragam pada dasarnya dalam semua hal penting. Supernova SNLS-03D3bb lebih dari dua kali lebih terang dari kebanyakan supernova Tipe Ia tetapi memiliki energi kinetik yang jauh lebih sedikit, dan tampaknya setengah lagi masif seperti Tipe Ia.
Penulis utama laporan ini, yang muncul dalam terbitan Nature edisi 21 September, termasuk Andrew Howell, sebelumnya dari Divisi Fisika di Lawrence Berkeley National Laboratory dan sekarang di University of Toronto, dan Peter Nugent, seorang astrofisikawan dengan Berkeley Computational Research Divisi. Penulis utama lainnya adalah Mark Sullivan dari University of Toronto dan Richard Ellis dari California Institute of Technology. Ini dan banyak penulis makalah Nature lainnya adalah anggota Proyek Kosmologi Supernova yang berpusat di Berkeley Lab.
Karena hampir semua supernova Tipe Ia yang ditemukan sejauh ini tidak hanya sangat terang tetapi sangat seragam dalam kecerahannya, mereka dianggap sebagai "lilin standar" astronomi terbaik untuk pengukuran melintasi jarak kosmologis. Pada tahun 1998, setelah pengamatan dari banyak supernova Tipe Ia yang jauh, Proyek Kosmologi Supernova dan Tim Pencarian High-Z Supernova saingannya mengumumkan penemuan mereka bahwa perluasan alam semesta semakin cepat - sebuah penemuan yang segera akan dikaitkan dengan sesuatu yang tidak diketahui yang disebut dark energi, yang mengisi alam semesta dan menentang daya tarik materi yang saling gravitasi.
"Supernova tipe Ia dianggap sebagai indikator jarak yang dapat diandalkan karena mereka memiliki jumlah bahan bakar standar - karbon dan oksigen dalam bintang katai putih - dan mereka memiliki pemicu yang seragam," kata Nugent. “Mereka diprediksi meledak ketika massa kurcaci putih mendekati massa Chandrasekhar, yang sekitar 1,4 kali massa matahari kita. Fakta bahwa SNLS-03D3bb jauh melebihi jenis massa yang membuka kotak Pandora. "
Mengapa Kebanyakan Tipe Ia Supernova adalah Sama
Klasifikasi jenis supernova didasarkan pada spektra mereka. Spektrum tipe Ia tidak memiliki garis hidrogen tetapi memiliki garis serap silikon, petunjuk kimiawi dari ledakannya. Nenek moyang kerdil putih supernova Tipe Ia, biasanya sekitar dua pertiga massa matahari, diperkirakan mengumpulkan massa tambahan dari teman biner sampai mereka mendekati batas Chandrasekhar. Tekanan yang meningkat menyebabkan karbon dan oksigen di pusat bintang melebur, menghasilkan unsur-unsur hingga nikel pada tabel periodik; energi yang dilepaskan dalam proses ini menghancurkan bintang berkeping-keping dalam ledakan termonuklir titanic.
Beberapa variasi telah diamati pada supernova Tipe Ia, tetapi ini sebagian besar dapat direkonsiliasi. Brighter Type Ia membutuhkan waktu lebih lama untuk naik ke kecerahan maksimum dan lebih lama untuk menolak. Ketika skala waktu kurva cahaya individu diregangkan agar sesuai dengan norma, dan kecerahan diskalakan sesuai dengan rentang, kurva cahaya Tipe Ia cocok.
Perbedaan kecerahan dapat disebabkan oleh perbedaan rasio karbon dan oksigen dalam nenek moyang, yang menghasilkan jumlah akhir nikel yang berbeda dalam ledakan. Peluruhan radioaktif dari nikel menjadi kobalt dan kemudian besi memberi kekuatan pada kurva cahaya optik dan inframerah dekat supernova Tipe Ia. Perbedaan kecerahan yang jelas juga bisa merupakan produk asimetri; ledakan yang dilihat dari satu sudut mungkin sedikit lebih redup daripada dari sudut lainnya.
Tak satu pun dari perbedaan yang mungkin ini cukup untuk menjelaskan kecerahan ekstrim supernova SNLS-03D3bb - yang terlalu terang untuk "bentangan" kurva cahaya. Terlebih lagi, dalam supernova yang paling terang, materi yang dikeluarkan dari ledakan bergerak dengan kecepatan lebih tinggi; yaitu, ledakan ini memiliki lebih banyak energi kinetik. Tapi ejecta SNLS-03D3bb luar biasa lambat.
"Andy Howell menyatukan dua dan dua dan menyadari bahwa SNLS-03D3bb harus memiliki massa super-Chandrasekhar," kata Nugent.
Massa Bukti
Satu petunjuk adalah elemen yang diperlukan untuk menghasilkan kecerahan ekstra. "Semua kekuatan dalam Tipe Ia berasal dari pembakaran karbon dan oksigen untuk elemen yang lebih berat, terutama nikel 56," kata Nugent. “Jenis Ia dengan kecerahan normal menghasilkan sekitar 60 persen dari massa matahari senilai nikel 56, sisanya merupakan elemen lain. Tapi SNLS-03D3bb lebih dari dua kali lebih terang dari biasanya; harus memiliki lebih dari dua kali lipat nikel 56. Satu-satunya cara untuk mendapatkannya adalah dengan nenek moyang yang 50 persen lebih masif daripada massa Chandrasekhar. "
Faktor lainnya adalah lambatnya ejecta SNLS-03D3bb, seperti yang terdeteksi dalam pergeseran garis elemen dalam spektrumnya. Kecepatan supernova ejecta tergantung pada energi kinetik yang dilepaskan dalam ledakan, yang merupakan perbedaan antara energi yang dilepaskan dalam pembakaran termonuklir dikurangi energi ikat yang bertindak untuk menahan bintang bersama-sama, fungsi dari massa bintang. Semakin besar bintang, semakin lambat ejectanya.
Tetapi bagaimana mungkin nenek moyang karbon-oksigen dapat mengakumulasi massa lebih besar dari batas Chandrasekhar tanpa meledak? Mungkin saja bintang yang berputar sangat cepat bisa lebih besar. Mungkin juga dua kurcaci putih, dengan massa gabungan jauh di atas batas Chandrasekhar, bisa bertabrakan dan meledak.
Nugent mengatakan, “Satu petunjuk datang dari rekan penulis kami Mark Sullivan, yang dalam data SNLS telah menemukan dua tingkat berbeda untuk produksi supernova Tipe Ia. Mereka secara kasar dapat dipecah menjadi yang datang dari galaksi pembentuk bintang muda dan galaksi tua yang mati. Jadi ada indikasi bahwa mungkin ada dua populasi Tipe Ia, dengan dua jenis nenek moyang, dan dua jalur berbeda ke ledakan. "
Di masa lalu, galaksi mati, bahkan bintang terbesar sekalipun kecil, Nugent menjelaskan. Satu-satunya jenis supernova Tipe Ia yang mungkin ada di galaksi-galaksi ini kemungkinan adalah sistem biner, pertambahan massa, tipe massa Chandrasekhar. Tetapi galaksi pembentuk bintang muda menghasilkan objek masif dan bisa kaya dalam sistem biner kerdil putih ditambah kerdil putih, yang disebut sistem "degenerasi ganda".
"Jika model degenerasi ganda benar, sistem seperti itu akan selalu menghasilkan ledakan super-Chandrasekhar di galaksi yang sangat muda ini," kata Nugent.
Galaksi-galaksi muda lebih mungkin ditemukan di alam semesta awal, dan karenanya pada jarak yang lebih jauh. Karena supernova Tipe Ia jauh sangat penting untuk upaya mengukur evolusi energi gelap, menjadi penting untuk secara jelas mengidentifikasi supernova Tipe Ia yang tidak sesuai dengan model massa Chandrasekhar. Ini mudah dilakukan dengan Tipe Ia seaneh SNLS-03D3bb, tetapi tidak semua supernova super-Chandrasekhar mungkin begitu jelas.
“Salah satu cara untuk mendeteksi supernova super-Chandrasekhar adalah dengan mengukur kecepatan ejecta dan membandingkannya dengan kecerahan. Cara lain adalah dengan mengambil beberapa spektrum saat kurva cahaya berevolusi. Sayangnya, mengambil spektrum adalah biaya terbesar dalam seluruh studi energi gelap, ”kata Nugent. "Para perancang percobaan ini harus menemukan cara yang efisien untuk menghilangkan supernova super-Chandrasekhar dari sampel mereka."
Memodelkan Variasi
Sebagian dengan harapan mengembangkan cara yang cepat dan dapat diandalkan untuk mengidentifikasi kandidat supernova Tipe Ia untuk penelitian kosmologis bahwa Nugent dan rekan penulis Richard Ellis awalnya mendekati Sullivan dan anggota SNLS lainnya, dengan basis data supernova yang besar. Bekerja di Pusat Komputasi Ilmiah Penelitian Energi Nasional (NERSC) yang berbasis di Berkeley Lab, Nugent mengembangkan algoritma yang dapat mengambil beberapa titik data fotometrik di awal evolusi kandidat supernova, mengidentifikasinya secara positif sebagai Tipe Ia, dan memprediksi dengan akurat waktu kecerahan maksimumnya.
Salah satu dari Tipe Ia pertama yang dipelajari dengan cara ini ternyata adalah SNLS-03D3bb itu sendiri. "Itu memiliki rasio signal-to-noise yang tinggi karena pergeseran merah yang seharusnya kita curigai sejak awal bahwa itu akan menjadi supernova yang tidak biasa," kata Nugent.
Nugent menganggap penemuan supernova super-Chandrasekhar pertama yang dapat dibuktikan sebagai prospek yang menarik: "Untuk pertama kalinya sejak 1993" - ketika hubungan kecerahan versus bentuk kurva cahaya dikembangkan - "kita sekarang memiliki arah yang kuat untuk mencari yang berikutnya parameter yang menjelaskan kecerahan supernova Tipe Ia. Pencarian ini dapat membawa kita ke pemahaman yang jauh lebih baik tentang nenek moyang mereka, dan sistematika menggunakannya sebagai penyelidikan kosmologis. "
Pemahaman ini adalah salah satu tujuan utama dari Konsorsium Astrofisika Komputasi, dipimpin oleh Stan Woosley dari University of California di Santa Cruz dan didukung oleh Departemen Ilmu Energi Kantor Sains melalui program Penemuan Ilmiah Melalui Komputasi Canggih (SciDAC), dengan Nugent dan John Bell dari Divisi Riset Komputasi dan NERSC di antara para mitra terkemuka.
“Model keruntuhan bintang Chandrasekhar tahun 1931 sangat elegan dan kuat; itu memenangkannya Hadiah Nobel, ”kata Nugent. “Tapi itu adalah model satu dimensi yang sederhana. Hanya dengan menambahkan rotasi, seseorang dapat melebihi massa Chandrasekhar, seperti yang dia kenali. ”
Dengan model 2-D dan 3-D dari supernova sekarang dimungkinkan menggunakan superkomputer, Nugent mengatakan, adalah mungkin untuk mempelajari berbagai kemungkinan alam yang lebih luas. “Itulah tujuan dari proyek SciDAC kami, untuk mendapatkan model terbaik dan data pengamatan terbaik dan menggabungkan mereka untuk mendorong seluruh bola lilin. Di akhir proyek ini, kita akan tahu paling banyak yang dapat kita ketahui tentang semua jenis supernova Tipe Ia. "
"Tipe-Ia Supernova Dari Bintang Kerdil Putih Massa Super-Chandrasekhar," oleh D. Andrew Howell, Mark Sullivan, Peter E. Nugent, Richard S. Ellis, Alexander J. Conley, Damien Le Borgne, Raymond G. Carlberg, Julien Guy, David Balam, Stephane Basa, Dominique Fouchez, Isobel M. Hook, Eric Y. Hsiao, James D. Neill, Reynald Pain, Kathryn M. Perret, dan Christopher J. Pritchett, muncul dalam terbitan Nature dan edisi 21 September. tersedia online untuk pelanggan.
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 Berita LBL
