Supernowa SN 2011fe. vs Nobel Andrzej Odrzywołek. Zakład Teorii Względności i Astrofizyki, Instytut Fizyki UJ

Transkrypt

1 Supernowa SN 2011fe vs Nobel 2011 Andrzej Odrzywołek Zakład Teorii Względności i Astrofizyki, Instytut Fizyki UJ Seminarium Komisji Astrofizyki PAU, 7 marca, środa, 13:15

2 Supernowa SN 2011fe vs Nobel 2011 Andrzej Odrzywołek Zakład Teorii Względności i Astrofizyki, Instytut Fizyki UJ Seminarium Komisji Astrofizyki PAU, 7 marca, środa, 13:15

3 Supernowa SN 2011fe vs Nobel 2011 Andrzej Odrzywołek Zakład Teorii Względności i Astrofizyki, Instytut Fizyki UJ Seminarium Komisji Astrofizyki PAU, 7 marca, środa, 13:15

4 Supernowa SN 2011fe vs Nobel 2011 Andrzej Odrzywołek Zakład Teorii Względności i Astrofizyki, Instytut Fizyki UJ Seminarium Komisji Astrofizyki PAU, 7 marca, środa, 13:15

5 Supernowa SN 2011fe vs Nobel 2011 Andrzej Odrzywołek Zakład Teorii Względności i Astrofizyki, Instytut Fizyki UJ Seminarium Komisji Astrofizyki PAU, 7 marca, środa, 13:15

6 Supernowa SN 2011 fe (PTF 11kly) / Nobel sierpnia 2011: Automatyczny system PTF wykrywa supernową w M września 2011: supernowa osiąga maksimum jasności (absolutna: 19 m, widoma: +9.9 m ) 4 października 2011: Nagrodę Nobla z fizyki otrzymują: Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt i Adam G. Riess za odkrycie przyspieszenia ekspansji Wszechświata poprzez obserwacje odległych supernowych (for the discovery of the accelerating expansion of the Universe through observations of distant supernovae)

7 Szczyt marzeń naukowca spełniony!

8 Szczyt marzeń naukowca spełniony!

9 Supernowa typu Ia jako świeca standardowa W pracach Noblistów, ich zespołów oraz współpracujących/konkurujących astrofizyków zastosowano czysto empiryczne podejście Obserwacja kilkunastu supernowych typu Ia w latach 80-tych pozwoliła na odkrycie kilku równoważnych sposobów kalibracji jasności tzw. Branch-normals Najbardziej znana jest liniowa zależność Phillipsa B max m 15 (B) Jaśniejsze supernowe eksplodują wolniej, co pozwala na przeskalowanie i redukcję rozrzutu jasności do 0.1 m.

10 Supernowe Ia jako indykatory odległości (Nobel 2011) Kasen&Woosley 2007, ApJ,

11 Przykład analizy kosmologicznej Dane empiryczne to: przesunięcie ku czerwieni z (prędkość ucieczki ) oraz jasność supernowej (Amanullah et al. SCP, Ap.J., 2010., obecnie 557 supernowych!) Założenia: model Friedmanna + niezmienna w czasie kosmologicznym procedura kalibracji (brak powolnej ewolucji supernowych Ia) Założenia te nie są niezależne: kalibracja jasności wymaga przeskalowania czasu, a to z kolei uwzględnienia kosmologicznej dylatacji czasu (po raz pierwszy pokazano ją właśnie na supernowych typu Ia!) Określenie świeca standardowa jest mylące, bo nie znamy jej jasności absolutnej; zakładamy jednynie, że jasność po kalibracji jest taka sama (równoważny problem: na ile dokładnie znamy stałą Hubble a?)

12 Do tych danych można dofitować wiele modeli. Jeżeli stała Hubble a jest wyznaczona poprawnie, geometria jest płaska, to przyspieszenie ekspansji jest ewidentne, oraz Λ 0 (czerwona linia). Ciekawostka: Wszechświat bez ciemnej energii i ciemnej materii też pasuje (czarna linia) przy zwykłej wartości H 0 =68 km/s/mpc!

13 połączenie 3 głównych źródeł informacji o Wszechświecie: supernowych Ia (SNe) formowania się struktur (BAO) mikrofalowego promieniowania tła (CMB) założenia o płaskości (Flat) M. Kowalski (Supernova Cosmology Project) jest zaproszonym speakerem na szkole w Zakopanem (19-27 maja 2012).

14 Czy supernowe Ia ewoluują w czasie kosmologicznym? Odpowiedź na powyższe pytanie nie jest możliwa bez ustalenia czym z (astro)fizycznego punktu widzenia jest normalna supernowa Ia! Naiwny model supernowej Ia biały karzeł w układzie podwójnym rośnie wysysając materię z towarzysza aż osiagnie masę Chandrasekhara i wtedy eksploduje każda eksplozja powinna być taka sama w zgodzie z ideą świecy standardowej nie widać na pierwszy rzut oka powodów aby eksplozja przy z 1 różniła się od podobnej dzisiaj Model ten jest łatwo falsyfikowalny ze względu na rozmaite efekty powodowane obecnością drugiego składnika. Wystarczy jedna bliska eksplozja...

15 SN 2011 fe: naj, naj naj... Kilka faktów 1 najwcześniej odkryta: 11 godzin po wybuchu, 10 3 jasności maksymalnej 2 pierwsze spektrum sfotografowane 5 godzin później 3 najbliższa (oraz najjaśniejsza) od 40 lat: 6.4 Mpc 4 typowa, normalna supernowa Ia 5 obserwowana we wszystkich zakresach długości fal już we wczesnej fazie wzrostu jasności obserwowanych Cefeid w M101

16 Rok Galaktyka Typ V [km/s] D [Mpc] m max Typ Odkrywca 1885A M31 Sb I Hartwig (S And) 1984A NGC4419 SBa ? 12.4 Ia Kimeridze, Rosino 1939C NGC6946 SBc ± I: Zwicky 1976B NGC4402 Sb I Lovas 2011fe M101 SBc Ia Nugent et al. 1940E NGC 253 SBc ± I Zwicky 1937C IC4182 Sm ? 8.8 Ia Zwicky 1963I NGC4178 SBcd Ia Zaytseva 1972E NGC5253 Sd Ia Kowal 1895B NGC5253 Sd Ia Fleming (Z Cen) 1939B NGC4621 E ± I Zwicky 1994D NGC4526 S Ia Treffers et al. 1945A NGC5195 SBab I Humason

17 Czy ten model zgadza się z obserwacjami SN2011fe? Źródło: Mario Hamuy, Nature 480, (15 December 2011) doi: /480328a Peter E. Nugent, et. al., Supernova SN 2011fe from an exploding carbon oxygen white dwarf star, doi: /nature10644 A. Odrzywołek Supernowa SN 2011fe

18 Na zdjęciach PRZED wybuchem nic nie ma! Źródło: Weidong Li, et. al., Exclusion of a luminous red giant as a companion star to the progenitor of supernova SN 2011fe, Nature 480, (15 December 2011) doi: /nature10646

19 Wykluczone scenariusze (wczesne obserwacje)

20 Progenitor (gwiazda która eksplodowała) Źródło: Bloom et al ApJ 744 L17

21 Czego należy spodziewać się w okolicy SN Ia? Nowa helowa V445 Pup po eksplozji ( )

22 Czego należy spodziewać się w okolicy SN Ia? Nowa helowa V445 Pup po eksplozji ( )

23 Czego należy spodziewać się w okolicy SN Ia? Nowa helowa V445 Pup po eksplozji ( )

24 Czego należy spodziewać się w okolicy SN Ia? Nowa helowa V445 Pup po eksplozji ( )

25

26 Rejon eksplozji, EVLA, radio 5 amin M101 N E SN2011fe EVLA 5.9 GHz Źródło: arxiv: v1

27 Wykluczone scenariusze (EVLA, radio)

28 Ograniczenia obserwacyjne na układ(?) progenitora Co wiemy po SN2011fe? 1 supernowa wybucha w czystym ośrodku międzygwiazdowym (arxiv: , EVLA) 2 progenitor: R p < 0.02 R, towarzysz: R c < 0.1 R (Xray) 3 progenitor: ρ > 10 4 g/cm 3, T eff < 10 5 K 4 system: utrata masy Ṁ < M /rok (EVLA, radio) 5 odległość pomiędzy składnikami a > 0.1 R [sprzeczność z (2) ] Dane konsystentne z termojądrową eksplozją pojednynczego białego karła CO. Żadnych śladów obecności drugiego składnika! (tylko górne limity)

29 Ten model nie zgadza się z obserwacjami SN2011fe! A. Odrzywołek Supernowa SN 2011fe

30 Te modele nie zostały wykluczone, ale brak ich potwierdzenia. A. Odrzywołek Supernowa SN 2011fe

31 Wnioski z obserwacji SN 2011fe Gęstość średnia Promień Temp. pow. Składnik I ρ > 10 5 g cm 3 R < 0.02R T < 10 6 K Składnik II? R < 0.1R? Progenitorem supernowej typu Ia jest ewidentnie biały karzeł węglowo-tlenowy! Źródło: arxiv:

32 Teoria wybuchów termojądrowych po SN 2011fe

33 Lista rankingowa progenitorów typu Ia Przed SN 2011fe 1 biały karzeł + czerwony olbrzym 2 biały karzeł + gwiazda karłowata 3 2 biały karzeł 4 detonacja białego karła z M < M Ch 5 rotujacy biały karzeł z M > M Ch Po SN 2011fe 1 2 biały karzeł 2 biały karzeł + gwiazda karłowata 3 detonacja białego karła z M < M Ch 4 rotujacy biały karzeł z M > M Ch 5 [usunięto]

34 Teoria wybuchów termojądrowych po SN 2011fe Przy okazji SN 2011fe wypłyneły dwie ciekawe klasy modeli, które obserwacyjnie wyglądają prawie jak eksplozje pojedynczych białych karłów o masie M M Ch : eksplozja białego karła zainicjowana wybuchem mini-nowej (detonacja helu na powierzchni, powstanie w wyniku złączenia dwóch (lub akrecji) jednego silnie rotującego białego karła, który w wyniku utraty (lub redystrybucji) momentu pędu eksploduje z dużym opóźnieniem (

35 Wnioski po SN 2011fe jednoznacznie ustalono, że eksplozji uległ biały karzeł węglowo-tlenowy (CO) nadal nie wiemy jaki układ gwiazd jest progenitorem zwykłej supernowej typu Ia czerwony olbrzym wykluczony jako II składnik dla SN 2011fe wybuch nastąpił w czystym ośrodku międzygwiazdowym ; brak śladów II składnika czy wyprodukowanej przez niego mgławicy