Kredit gambar: ESO
Data baru yang dikumpulkan oleh Teleskop Sangat Besar Eropa Southern Observatory (VLT) tampaknya mengindikasikan bahwa supernova mungkin tidak simetris ketika meledak - kecerahannya berubah tergantung pada bagaimana Anda melihatnya. Jika mereka lebih terang atau redup tergantung pada bagaimana Anda melihatnya, itu dapat menyebabkan kesalahan dalam perhitungan jarak Anda. Tetapi penelitian baru menunjukkan bahwa mereka menjadi lebih simetris dari waktu ke waktu, sehingga para astronom hanya perlu menunggu sebentar sebelum melakukan perhitungan mereka.
Tim astronom internasional [2] telah melakukan pengamatan baru dan sangat mendetail tentang supernova di galaksi jauh dengan ESO Very Large Telescope (VLT) di Paranal Observatory (Chile). Mereka menunjukkan untuk pertama kalinya bahwa jenis supernova tertentu, yang disebabkan oleh ledakan "white dwarf", bintang padat dengan massa di sekitar Matahari, asimetris selama fase awal ekspansi.
Signifikansi pengamatan ini jauh lebih besar daripada yang terlihat pada pandangan pertama. Jenis supernova khusus ini, yang disebut "Tipe Ia", memainkan peran yang sangat penting dalam upaya saat ini untuk memetakan Alam Semesta. Sudah lama diasumsikan bahwa supernova Tipe Ia semua memiliki kecerahan intrinsik yang sama, sehingga mereka mendapat julukan sebagai "lilin standar".
Jika demikian, perbedaan dalam kecerahan yang diamati antara supernova individu dari jenis ini hanya mencerminkan jarak yang berbeda. Ini, dan fakta bahwa kecerahan puncak supernova ini menyaingi galaksi induknya, telah memungkinkan untuk mengukur jarak galaksi yang bahkan sangat jauh. Beberapa perbedaan nyata yang baru-baru ini ditemukan telah mengarah pada penemuan percepatan kosmik.
Namun, pengamatan pertama yang jelas ini tentang asimetri ledakan dalam supernova Tipe Ia berarti bahwa kecerahan yang tepat dari objek tersebut akan tergantung pada sudut dari mana ia terlihat. Karena sudut ini tidak diketahui untuk supernova tertentu, ini jelas memperkenalkan sejumlah ketidakpastian ke dalam pengukuran jarak dasar semacam ini di Semesta yang harus diperhitungkan di masa depan.
Untungnya, data VLT juga menunjukkan bahwa jika Anda menunggu sedikit - yang dalam istilah pengamatan memungkinkan untuk melihat lebih dalam bola api yang mengembang - maka itu menjadi lebih bulat. Oleh karena itu penentuan jarak supernova yang dilakukan pada tahap selanjutnya akan lebih akurat.
Ledakan Supernova dan jarak kosmik
Selama peristiwa supernova Tipe Ia, sisa-sisa bintang dengan massa awal hingga beberapa kali lipat dari Matahari (disebut "bintang katai putih") meledak, tidak meninggalkan apa-apa di belakang kecuali awan "stardust" yang meluas dengan cepat.
Supernova tipe Ia tampaknya sangat mirip satu sama lain. Ini memberi mereka peran yang sangat berguna sebagai "lilin standar" yang dapat digunakan untuk mengukur jarak kosmik. Kecerahan puncaknya menyaingi galaksi induknya, karenanya memenuhi syarat mereka sebagai tolok ukur kosmik prima.
Para astronom telah memanfaatkan keadaan yang beruntung ini untuk mempelajari sejarah ekspansi Alam Semesta kita. Mereka baru-baru ini sampai pada kesimpulan mendasar bahwa Semesta berkembang dengan kecepatan yang semakin cepat, lih. ESO PR 21/98, Desember 1998 (lihat juga halaman web Supernova Acceleration Probe).
Ledakan bintang katai putih
Dalam model supernova Tipe Ia yang paling banyak diterima, bintang kerdil putih pra-ledakan mengorbit bintang pendamping seperti matahari, menyelesaikan revolusi setiap beberapa jam. Karena interaksi yang dekat, bintang pendamping itu terus-menerus kehilangan massa, yang sebagiannya diambil (dalam terminologi astronomi: "bertambah") oleh katai putih.
Katai putih mewakili tahap kedua dari bintang tipe surya. Reaktor nuklir di intinya telah kehabisan bahan bakar sejak lama dan sekarang tidak aktif. Namun, pada titik tertentu, berat yang menumpuk dari material yang terakumulasi akan meningkatkan tekanan di dalam white dwarf sehingga abu nuklir di sana akan menyala dan mulai terbakar menjadi elemen yang bahkan lebih berat. Proses ini sangat cepat menjadi tidak terkendali dan seluruh bintang hancur berkeping-keping dalam peristiwa dramatis. Bola api yang sangat panas terlihat yang seringkali mengalahkan galaksi induk semang.
Bentuk ledakannya
Meskipun semua supernova Tipe Ia memiliki sifat yang sangat mirip, belum pernah jelas sampai sekarang seberapa mirip peristiwa seperti itu akan muncul kepada pengamat yang melihatnya dari arah yang berbeda. Semua telur terlihat serupa dan tidak dapat dibedakan satu sama lain jika dilihat dari sudut yang sama, tetapi tampilan samping (oval) jelas berbeda dari tampilan ujung (bulat).
Dan memang, jika ledakan supernova Tipe Ia asimetris, mereka akan bersinar dengan kecerahan berbeda di arah yang berbeda. Pengamatan supernova yang berbeda - terlihat di bawah sudut yang berbeda - karena itu tidak dapat dibandingkan secara langsung.
Namun, karena tidak mengetahui sudut-sudut ini, para astronom akan menyimpulkan jarak yang salah dan ketepatan metode mendasar ini untuk mengukur struktur Semesta akan dipertanyakan.
Polarimetri untuk menyelamatkan
Perhitungan sederhana menunjukkan bahwa bahkan di mata elang VLT Interferometer (VLTI), semua supernova pada jarak kosmologis akan muncul sebagai titik cahaya yang tidak terselesaikan; mereka terlalu jauh. Tetapi ada cara lain untuk menentukan sudut di mana supernova tertentu dilihat: polarimetri adalah nama triknya!
Polarimetri bekerja sebagai berikut: cahaya terdiri dari gelombang elektromagnetik (atau foton) yang berosilasi ke arah tertentu (pesawat). Refleksi atau hamburan cahaya lebih menyukai orientasi medan listrik dan magnet tertentu daripada yang lain. Inilah sebabnya mengapa kacamata hitam polarisasi dapat menyaring kilatan sinar matahari yang memantulkan kolam.
Ketika cahaya menyebar melalui puing-puing supernova yang meluas, ia menyimpan informasi tentang orientasi lapisan hamburan. Jika supernova simetris bulat, semua orientasi akan hadir secara merata dan akan rata-rata, sehingga tidak akan ada polarisasi bersih. Namun, jika shell gas tidak bulat, sedikit polarisasi bersih akan tercetak pada lampu.
"Bahkan untuk asimetri yang cukup mencolok, polarisasi sangat kecil dan nyaris tidak mencapai tingkat satu persen," kata Dietrich Baade, astronom ESO dan anggota tim yang melakukan pengamatan. “Mengukur mereka membutuhkan instrumen yang sangat sensitif dan sangat stabil. ”
Pengukuran sumber cahaya samar dan jauh perbedaan pada tingkat kurang dari satu persen merupakan tantangan pengamatan yang cukup besar. "Namun, ESO Very Large Telescope (VLT) menawarkan presisi, kekuatan pengumpul cahaya, serta instrumentasi khusus yang diperlukan untuk pengamatan polarimetrik yang begitu menuntut", jelas Dietrich Baade. “Tetapi proyek ini tidak akan mungkin tanpa VLT dioperasikan dalam mode layanan. Memang mustahil untuk memprediksi kapan supernova akan meledak dan kita harus siap setiap saat. Hanya mode layanan yang memungkinkan pengamatan dengan pemberitahuan singkat. Beberapa tahun yang lalu, itu adalah keputusan yang jauh dan berani oleh direktorat ESO untuk memberikan begitu banyak penekanan pada Mode Layanan. Dan tim astronom ESO yang kompeten dan berdedikasi di Paranal yang membuat konsep ini sukses secara praktis, ”tambahnya.
Para astronom [1] menggunakan instrumen FORS1 multi-mode VLT untuk mengamati SN 2001el, supernova Tipe Ia yang ditemukan pada September 2001 di galaksi NGC 1448, lih. Foto PR 24a / 03 pada jarak 60 juta tahun cahaya.
Pengamatan yang diperoleh sekitar seminggu sebelum supernova ini mencapai kecerahan maksimum sekitar 2 Oktober mengungkapkan polarisasi pada tingkat 0,2-0,3% (PR Foto 24b / 03). Mendekati cahaya maksimum dan hingga dua minggu sesudahnya, polarisasi masih dapat diukur. Enam minggu setelah maksimum, polarisasi telah turun di bawah kemampuan deteksi.
Ini adalah pertama kalinya supernova Tipe Ia yang normal ditemukan menunjukkan bukti asimetri yang jelas.
Melihat lebih dalam ke supernova
Segera setelah ledakan supernova, sebagian besar benda yang diusir bergerak dengan kecepatan sekitar 10.000 km / detik. Selama ekspansi ini, lapisan terluar menjadi semakin transparan. Dengan berjalannya waktu seseorang dapat melihat lebih dalam dan lebih dalam ke supernova.
Polarisasi yang diukur dalam SN 2001el karenanya memberikan bukti bahwa bagian terluar supernova (yang pertama kali terlihat) secara asimetris signifikan. Kemudian, ketika pengamatan VLT "menembus" lebih dalam ke jantung supernova, geometri ledakan semakin semakin simetris.
Jika dimodelkan dalam bentuk bentuk bola pipih, polarisasi yang diukur dalam SN 2001el menyiratkan rasio sumbu minor-ke-utama sekitar 0,9 sebelum kecerahan maksimum tercapai dan geometri simetris bola dari sekitar satu minggu setelah maksimum dan selanjutnya ini.
Implikasi kosmologis
Salah satu parameter utama yang menjadi dasar estimasi jarak Tipe Ia adalah kecerahan optik maksimal. Asphericity yang terukur pada saat ini akan memperkenalkan ketidakpastian kecerahan absolut (dispersi) sekitar 10% jika tidak ada koreksi yang dilakukan untuk sudut pandang (yang tidak diketahui).
Sementara supernova Tipe Ia sejauh ini merupakan lilin standar terbaik untuk mengukur jarak kosmologis, dan karenanya untuk menyelidiki apa yang disebut energi gelap, ketidakpastian pengukuran kecil tetap ada.
“Asimetri yang kami ukur dalam SN 2001el cukup besar untuk menjelaskan sebagian besar ketidakpastian intrinsik ini,” kata Lifan Wang, pemimpin tim. "Jika semua supernova Tipe Ia seperti ini, itu akan menjelaskan banyak dispersi dalam pengukuran kecerahan. Mereka mungkin lebih seragam daripada yang kita duga. ”
Mengurangi dispersi dalam pengukuran kecerahan tentu saja juga dapat dicapai dengan meningkatkan secara signifikan jumlah supernova yang kami amati, tetapi mengingat bahwa pengukuran ini menuntut teleskop terbesar dan termahal di dunia, seperti VLT, ini bukan metode yang paling efisien.
Jadi, jika kecerahan diukur satu atau dua minggu setelah maksimum digunakan sebagai gantinya, bola itu kemudian akan dipulihkan dan tidak akan ada kesalahan sistematis dari sudut pandang yang tidak diketahui. Dengan sedikit perubahan dalam prosedur pengamatan ini, supernova Tipe Ia bisa menjadi tolok ukur kosmik yang lebih andal.
Implikasi teoretis
Deteksi fitur spektral terpolarisasi saat ini sangat menunjukkan bahwa, untuk memahami fisika yang mendasarinya, pemodelan teoritis peristiwa supernova Tipe Ia harus dilakukan dalam ketiga dimensi dengan akurasi lebih dari yang saat ini dilakukan. Faktanya, kalkulasi hidrodinamik yang tersedia dan sangat kompleks sejauh ini belum dapat mereproduksi struktur yang diekspos oleh SN 2001el.
Informasi lebih lanjut
Hasil yang disajikan dalam siaran pers ini telah dijelaskan dalam makalah penelitian di "Jurnal Astrofisika" ("Spectropolarimetri SN 2001el di NGC 1448: Asphericity dari Tipe Normal Ia Supernova" oleh Lifan Wang dan rekan penulis, Volume 591, p 1110).
Catatan
[1]: Ini adalah ESO / Lawrence Berkeley National Laboratory / Univ. dari Texas Press Release. Siaran pers LBNL tersedia di sini.
[2]: Tim ini terdiri dari Lifan Wang, Dietrich Baade, Peter H? Flich, Alexei Khokhlov, J. Craig Wheeler, Daniel Kasen, Peter E. Nugent, Saul Perlmutter, Claes Fransson, dan Peter Lundqvist.
Sumber Asli: Siaran Berita ESO
