天文学者は、すべてのタイプ1a超新星は本質的に同じ明るさであると信じていました。この種の超新星は標準的なろうそくとして使用され、宇宙全体の距離を決定するため、これは問題です。最近では、これらの超新星は、宇宙の膨張を加速していると思われる暗黒エネルギーと呼ばれる不思議な力を計算するために使用されています。
SuperNova Legacy Survey（SNLS）に所属する科学者のグループは、これまですべての重要な点で本質的に均一であると見なされてきた爆発星のクラスであるタイプIa超新星の種類が複数あるという驚くべき証拠を発見しました。超新星SNLS-03D3bbは、ほとんどのタイプIa超新星の2倍以上明るいですが、運動エネルギーははるかに少なく、典型的なタイプIaの半分の大きさです。
Natureの9月21日号に掲載されるこのレポートの主な執筆者には、以前はローレンスバークレー国立研究所の物理学部で現在はトロント大学にいるAndrew Howellと、バークレー研究所の計算研究の天体物理学者であるPeter Nugentが含まれます。分割。他の筆頭著者は、トロント大学のマークサリバンとカリフォルニア工科大学のリチャードエリスです。これらの論文やネイチャーペーパーの他の著者の多くは、バークレー研究所に拠点を置く超新星宇宙プロジェクトのメンバーです。
これまでに発見されたほぼすべてのタイプIa超新星は、非常に明るいだけでなく、その明るさが非常に均一であるため、宇宙距離での測定に最適な天文学的「標準キャンドル」と見なされています。 1998年に、遠方の多くのタイプIa超新星の観測の後、超新星宇宙プロジェクトとライバルの高Z超新星探索チームは、宇宙の拡大が加速しているという発見を発表しました。宇宙を満たし、物質の相互引力に対抗するエネルギー。
「タイプIa超新星は、標準量の燃料（白色矮星の炭素と酸素）を持ち、均一なトリガーを持っているため、信頼できる距離インジケーターであると考えられています」とNugentは言います。 「白い矮星の質量が私たちの太陽の質量の約1.4倍であるチャンドラセカールの質量に近づくと、爆発することが予測されています。 SNLS-03D3bbがその大量の種類をはるかに超えているという事実は、Pandoraの箱を開きます。」
ほとんどのタイプIa超新星が同じである理由
超新星タイプの分類は、それらのスペクトルに基づいています。タイプIaスペクトルには水素線はありませんが、爆発の化学的性質の手がかりであるシリコン吸収線があります。タイプIa超新星の白色矮星前駆体は、通常、太陽の質量の約3分の2で、チャンドラセカール限界に近づくまで、連星コンパニオンから追加の質量が増加すると考えられています。圧力を上げると、星の中心にある炭素と酸素が溶けて、周期表でニッケルまでの元素が生成されます。このプロセスで放出されたエネルギーは、巨大な熱核爆発で星を粉々に吹き飛ばします。
タイプIa超新星ではいくつかの変動が観察されていますが、これらはほとんどが一致しています。明るいタイプIaは、最大の明るさまで上昇するのに時間がかかり、下降するのに時間がかかります。個々のライトカーブのタイムスケールが基準に合うようにストレッチされ、輝度がストレッチに従ってスケーリングされると、タイプIaライトカーブは一致します。
明るさの違いは、前駆細胞の炭素と酸素の比率が異なるためであり、その結果、爆発におけるニッケルの最終的な量が異なります。ニッケルからコバルト、そして鉄への放射性崩壊は、タイプIa超新星の光学および近赤外光曲線を加速します。見かけの明るさの違いも非対称性の結果である可能性があります。ある角度から見た爆発は、別の角度から見た場合よりもわずかに暗くなる場合があります。
これらの考えられる違いはどれも、超新星SNLS-03D3bbの極端な明るさを説明するには十分ではありません。これは、その光度曲線の「ストレッチ」には明るすぎます。さらに、最も明るい超新星では、爆発から放出された物質はより高速で移動します。つまり、これらの爆発はより多くの運動エネルギーを持っています。しかし、SNLS-03D3bbのイジェクタは異常に低速でした。
「アンディハウエルは2つと2つを組み合わせて、SNLS-03D3bbにスーパーチャンドラセカールの質量が必要であることに気付きました」とNugentは言います。
証拠の塊
1つの手がかりは、追加の明るさを生成するために必要な要素でした。 「タイプIaのすべての力は、炭素と酸素の燃焼から、より重い元素、特にニッケル56にもたらされます」とNugentは言います。 「通常の明るさのタイプIaは、太陽の質量の約60％をニッケル56に相当し、残りは他の要素です。しかし、SNLS-03D3bbは通常の2倍以上明るいです。ニッケルが2倍以上必要です56。これを達成する唯一の方法は、チャンドラセカールの質量より50％大きい前駆細胞を使用することです。」
もう1つの要因は、SNLS-03D3bbのエジェクタの遅さです。これは、スペクトルの元素線のシフトで検出されます。超新星噴出物の速度は、爆発で放出される運動エネルギーに依存します。これは、熱核燃焼で放出されるエネルギーから、星の質量の関数である、星を結合するように作用する結合エネルギーを引いた差です。星の質量が大きいほど、噴出速度は遅くなります。
しかし、どのようにして炭素酸素前駆細胞が爆発することなくチャンドラセカールの限界を超える質量を蓄積することができるのでしょうか？非常に急速に回転する星は、より大きくなる可能性があります。また、チャンドラセカールの限界をはるかに超える質量を組み合わせた2つの白い小人が衝突して爆発する可能性もあります。
Nugent氏は次のように述べています。「1つの手がかりは、共著者のマークサリバンから来ました。SNLSデータでは、タイプIa超新星の生成について2つの異なる速度がすでにわかっています。それらは大まかに、若い星形成銀河からのものと古い死んだ銀河からのものに分けることができます。したがって、タイプIaには2つのタイプの前駆細胞があり、爆発には2つの異なる経路があるという兆候があります。」
Nugent氏は、古くて死んだ銀河でさえ、最大の星でさえも小さいと説明しています。これらの銀河で可能なタイプIaの超新星の唯一の種類は、バイナリシステムの質量降着型のチャンドラセカール質量タイプである可能性があります。しかし、若い星形成銀河は巨大なオブジェクトを生成し、白色矮星と白色矮星のバイナリシステム、いわゆる「二重縮退」システムが豊富である可能性があります。
「二重縮退モデルが正しい場合、そのようなシステムはこれらの非常に若い銀河で常に超チャンドラセカール爆発を引き起こすでしょう」とNugentは言います。
若い銀河は、初期宇宙で、したがってより遠くにある可能性が高いです。遠方のタイプIa超新星は暗黒エネルギーの進化を測定するために重要であるため、チャンドラセカール質量モデルに適合しないタイプIa超新星を明確に識別することが不可欠になります。これは、SNLS-03D3bbと同じくらい奇妙なタイプIaで簡単に実行できますが、すべての超チャンドラセカール超新星がそれほど明白であるとは限りません。
「超チャンドラセカール超新星を検出する1つの方法は、噴出速度を測定し、明るさと比較することです。もう1つの方法は、光度曲線が変化するときに複数のスペクトルを取得することです。残念ながら、スペクトルを取得することは、暗黒エネルギー研究全体の追求において最大の出費です」とNugentは言います。 「これらの実験の設計者は、サンプルから超チャンドラセカール超新星を排除する効率的な方法を見つける必要があります。」
バリエーションのモデリング
Nugentと共著者のRichard Ellisが最初にSullivanとSNLSの他のメンバーにアプローチし、その超新星の大規模データベースを使用して、宇宙論的研究のためのIa型超新星候補を迅速かつ信頼できる方法で開発することを期待していた。 Nugentは、バークレーラボを拠点とするNational Energy Research Scientific Computing Center（NERSC）で働いており、超新星候補の進化の初期に少数の測光データポイントを取得し、それをタイプIaとして明確に識別し、正確に予測できるアルゴリズムを開発しましたその最大の明るさの時間。
この方法で調査された最初のタイプIaの1つは、SNLS-03D3bb自体であることが判明しました。 「赤方偏移を考えると、信号対雑音比が非常に高いため、異常な超新星になると当初から疑っていたはずです」とNugentは言います。
ニュージェントは、最初の実証可能な超チャンドラセカール超新星の発見をエキサイティングな見通しと見なしています：「1993年以来初めて」-明るさと光曲線の形状の関係が確立されたとき-「今、私たちは次を探す強い方向性を持っていますタイプIa超新星の明るさを表すパラメーター。この検索により、それらの前駆細胞、およびそれらを宇宙論的プローブとして使用する体系についての理解が深まる可能性があります。」
この理解は、カリフォルニア大学サンタクルーズ校のスタンウースリーが率いる、計算科学天体物理学コンソーシアムの主要な目標の1つであり、エネルギー省の科学局が高度なコンピューティングによる科学的発見（SciDAC）プログラムを通じてサポートしています。計算研究部門のジョンベルと主要なパートナー間のNERSC。
「チャンドラセカールの1931年の恒星の崩壊のモデルは、エレガントで強力でした。彼はノーベル賞を受賞しました」とNugentは言います。 「しかし、それは単純な1次元モデルでした。回転を加えるだけで、チャンドラセカールの質量を超える可能性があります。
ニュージェント氏によると、スーパーコンピュータを使用して超新星の2次元および3次元モデルを作成できるようになったことで、自然界の可能性をより広い範囲で研究することが可能になります。 「それが私たちのSciDACプロジェクトの目標です。最高のモデルと最高の観測データを取得し、それらを組み合わせてワックスのボール全体を押し上げることです。このプロジェクトの終わりには、あらゆる種類のIa型超新星について私たちが知ることができるほとんどのことがわかります。」
D.アンドリューハウエル、マークサリバン、ピーターE.ニュージェント、リチャードS.エリス、アレクサンダーJ.コンリー、ダミアンルボルニュ、レイモンドG.カールバーグによる「スーパーチャンドラセカールマスホワイトドワーフスターからのタイプIa超新星」、 Julien Guy、David Balam、Stephane Basa、Dominique Fouchez、Isobel M. Hook、Eric Y. Hsiao、James D. Neill、Reynald Pain、Kathryn M. Perret、およびChristopher J. Pritchettは、9月21日のNature and加入者はオンラインで利用できます。
バークレーラボは、カリフォルニア州バークレーにある米国エネルギー省の国立研究所です。未分類の科学研究を実施し、カリフォルニア大学が管理しています。当社のウェブサイトhttp://www.lbl.govにアクセスしてください。
元のソース：LBLニュースリリース
