新型超新星被发现

天文学家曾经相信所有1a型超新星基本上都具有相同的亮度。那’s是因为它们以相同量的燃料爆炸。但是现在发现了一颗超新星’s twice as bright as all the other Type 1a supernovae. This is a problem, since this kind of supernovae are used as 标准蜡烛, to determine distances across the Universe. Most recently, these supernovae have been used to calculate the mysterious force called dark energy that seems to be accelerating the expansion of the Universe.

隶属于超新星遗产调查(SNLS)的一组科学家发现了令人吃惊的证据,表明存在不止一种Ia型超新星,这是一类爆炸恒星,到现在为止,在所有重要方面,这些恒星基本上被认为是均匀的。超新星SNLS-03D3bb的亮度是大多数Ia型超新星的两倍以上,但动能却要低得多,而且看起来比典型Ia型还重一半。

该报告的主要作者刊登在9月21日的《自然》杂志上,其中包括安德鲁·豪威尔(Andrew Howell)(前劳伦斯·伯克利国家实验室的物理部门,现在是多伦多大学)和伯克利实验室的天体物理学家Peter Nugent’s计算研究部。其他主要作者是多伦多大学的Mark Sullivan和加利福尼亚理工学院的Richard Ellis。 《自然》杂志的这些作者和其他许多作者都是伯克利实验室的超新星宇宙学计划的成员。

由于到目前为止发现的几乎所有Ia型超新星不仅亮度非常明显而且亮度非常均匀,因此被认为是最好的天文学“standard candles”用于跨宇宙距离的测量。 1998年,在观测到许多遥远的Ia型超新星后,超新星宇宙学计划和竞争对手的High-Z超新星搜索小组宣布他们发现宇宙膨胀正在加速。–这项发现很快将归因于未知的东西,一种叫做暗能量的东西,它充满了宇宙,并与物质的相互引力相抵触。

“Ia型超新星被认为是可靠的距离指示器,因为它们具有标准量的燃料–白矮星中的碳和氧–他们有一个统一的触发器,” says Nugent. “据预测,当白矮星的质量接近钱德拉塞卡质量时,它们会爆炸,这大约是我们太阳质量的1.4倍。 SNLS-03D3bb远远超过了那种大众化的事实,打开了Pandora’s box.”

为什么大多数Ia型超新星都是相同的
超新星类型的分类基于它们的光谱。 Ia型光谱没有氢谱线,但有硅吸收谱线,这是其爆炸化学的线索。通常认为Ia型超新星的白矮星祖先约占太阳质量的三分之二,它们会从二元伴生中增加额外的质量,直到它们接近太阳。 钱德拉塞卡 limit。压力的增加会导致恒星中心的碳和氧融合,从而在元素周期表中产生高达镍的元素。在此过程中释放出的能量在泰坦尼克号热核爆炸中将恒星炸成碎片。

在Ia型超新星中已经观察到一些变体,但这些变体大多数是和解的。明亮的Ia型’s需要更长的时间才能达到最大亮度,而下降时间更长。当将各个光曲线的时间尺度进行拉伸以符合标准,并且根据该拉伸对亮度进行缩放时,Ia类光曲线将匹配。

亮度差异可能是由于祖细胞中碳和氧的比例不同,导致爆炸中镍的最终含量不同。镍的放射性衰变成钴,然后变成铁,为Ia型超新星的光学和近红外光曲线提供了动力。视在亮度上的差异也可能是不对称的产物。从一个角度看,爆炸可能比从另一个角度看稍暗。

这些可能的差异都不足以解释超新星SNLS-03D3bb’极高的亮度–它的光曲线太亮了“stretch.”此外,在最明亮的超新星中,爆炸爆炸所产生的物质以更高的速度传播。也就是说,这些爆炸具有更多的动能。但是SNLS-03D3bb的弹出异常缓慢。

“安迪·豪威尔(Andy Howell)将两个和两个放在一起,意识到SNLS-03D3bb必须具有超钱德拉塞卡质量,” says Nugent.

大量证据
一个线索是产生额外亮度所需的元素。“Ia型的所有能量都来自碳和氧燃烧到更重的元素,特别是镍56的燃烧。” Nugent says. “正常亮度的Ia型太阳能电池约占太阳能质量的镍56的60%,其余为其他元素。但是SNLS-03D3bb的亮度是正常亮度的两倍以上;它的镍56含量必须是它的两倍多。’比Chandrasekhar质量大50%。”

另一个因素是SNLS-03D3bb的运行缓慢’s喷射,如在其光谱中元素线的移动中检测到的。超新星喷射的速度取决于爆炸中释放的动能,这是热核燃烧释放的能量减去将恒星保持在一起的结合能之间的差,恒星的功能’的质量。恒星越重,喷射速度越慢。

但是,碳氧祖细胞如何积累超过Chandrasekhar极限的质量而不会爆炸?它’一颗快速旋转的恒星可能会更大。它’也有可能两个质量相差超过钱德拉塞卡极限的白矮星发生碰撞并爆炸。

纽金特说,“我们的合著者马克·沙利文(Mark Sullivan)提供了一个线索,他在SNLS数据中已经发现了Ia型超新星产生的两种不同速率。可以将它们粗略地分解为来自年轻恒星形成星系的星系和来自旧的死亡星系的星系。所以那里’表示可能有两个Ia型种群’有两种类型的祖细胞,以及两种不同的爆炸途径。”

在古老的死亡星系中,甚至 最大的明星 很小,纽金特解释。这些星系中唯一可能出现的Ia型超新星可能是二元系统,质量增加的Chandrasekhar-mass型。但是年轻的恒星形成星系会产生大量物体,并且可能富含白矮星和白矮星双星系统,即所谓的“double-degenerate” systems.

“If the 双简并 model is right, such systems will always produce super-Chandrasekhar explosions in these very young galaxies,” Nugent says.

年轻的星系更有可能在早期宇宙中发现,因此距离更远。由于遥远的Ia型超新星对于测量暗能量的演化至关重要,因此清楚地识别出不适合Chandrasekhar-mass模型的Ia型超新星至关重要。对于像SNLS-03D3bb这样奇特的Ia型,这很容易做到,但并非所有超Chandrasekhar超新星都可能如此明显。

“检测超钱德拉塞卡尔超新星的一种方法是测量喷射速度并将其与亮度进行比较。另一种方法是随着光曲线的演变获取多个光谱。不幸的是,在整个暗能量研究中,获取光谱是最大的花费,” Nugent says. “这些实验的设计者将必须找到从样品中消除超钱德拉塞卡超新星的有效方法。”

建模变化
努金特和合著者理查德·埃利斯(Richard Ellis)最初以其庞大的超新星数据库接触了沙利文和SNLS的其他成员,部分原因是希望开发一种快速可靠的方法来识别候选Ia型超新星用于宇宙学研究。 Nugent在位于伯克利实验室的国家能源研究科学计算中心(NERSC)中工作,开发了一种算法,该算法可以在候选超新星演化的早期获取少量光度学数据点,并将其确定为Ia型并准确预测其最大亮度的时间。

最早的Ia型之一’研究这种方法的人原来是SNLS-03D3bb。“考虑到它的红移,它具有如此高的信噪比,我们从一开始就应该怀疑它会是不寻常的超新星,” Nugent says.

Nugent认为发现第一个可证明的超钱德拉塞卡超新星是令人兴奋的前景:“自1993年以来的第一次” –当亮度与光曲线形状关系发展时– “我们现在有一个很强的方向去寻找描述Ia型超新星亮度的下一个参数。这项搜索可能使我们对它们的祖先以及将它们用作宇宙学探针的系统学有了更好的了解。”

这种理解是计算天体物理学联合会的主要目标之一,该联合会由加州大学圣克鲁斯分校的斯坦·伍斯利(Stan Woosley)领导,并得到能源部的支持’通过高级计算科学发现(SciDAC)计划获得科学办公室的资助,计算研究部门的Nugent和John Bell以及NERSC是主要合作伙伴。

“Chandrasekhar’1931年的恒星坍塌模型优雅而有力。它为他赢得了诺贝尔奖,” says Nugent. “But it was a simple one-dimensional model. Just 通过 adding rotation one can exceed the 钱德拉塞卡 mass, as he himself recognized.”

With 2-D and 3-D models of the supernovae now possible using supercomputers, 纽金特说,it’可以研究更广泛的自然’s possibilities. “That’我们SciDAC项目的目标是获得最佳模型和最佳观测数据,并将它们结合起来以推动整个蜡球。在该项目结束时,我们’我们将最了解各种Ia型超新星。”

“来自超钱德拉塞卡质量白矮星的Ia型超新星,”D.安德鲁·豪威尔(Andrew Howell),马克·沙利文(Mark Sullivan),彼得·E·纽金特(Peter E. Eric Y. Hsiao,James D. Neill,Reynald Pain,Kathryn M. Perret和Christopher J. Pritchett出现在9月21日的《自然》杂志上,可以在线订购。

Berkeley Lab is a U.S. Department of Energy national laboratory located in Berkeley, California. It conducts unclassified scientific research and is managed 通过 the University of California. Visit our website at http://www.lbl.gov.

原始资料: LBL新闻发布