In nur drei Wochen seit ihrer Entdeckung am 21. Januar 2014 wurde viel über die neue Supernova SN 2014J in Messier 82, der „Zigarren“ -Galaxie, gelernt. Zusätzlich zu der frühen Bestätigung aufgrund seines Spektrums, dass es sich tatsächlich um eine Supernova vom Typ Ia handelt, wird nun davon ausgegangen, dass es sich seit 1986 um die Explosion unserer Milchstraße handelt, die unserer Milchstraße am nächsten kommt.
Allein aufgrund seiner einzigartigen Nähe ist SN 2014J eine der wichtigsten jemals beobachteten Supernova. Dies wird sich auf unser Verständnis sowohl der Supernovae-Klasse vom Typ Ia als auch des gesamten Universums auswirken, da Größe, Alter und letztendliches Schicksal unseres Universums eng mit Beobachtungen der Supernovae vom Typ Ia verbunden sind und mit welcher Präzision sie dies können angewendet werden, um Entfernungen im universellen Maßstab zu schätzen, hängt entscheidend von den nächsten Beispielen ab. Es ist sehr wahrscheinlich, dass SN 2014J in den kommenden Jahrzehnten der nächste Ankerpunkt in der auf Supernovae basierenden Entfernungsskala vom Typ Ia bleibt.
"Als nächstgelegene Supernova dieser Art wird SN 2014J uns helfen, die Expansion des Universums besser zu kalibrieren", sagte Adam Riess, Co-Leiter des Projekts Supernova H0 für Equation of State (SHOES) und Mitgewinner des 2011 Nobelpreis für Physik.
Beobachtungen von Supernovae vom Typ Ia führten zu der Entdeckung, dass unser Universum hauptsächlich aus dunkler Energie besteht und dass sich seine Expansionsrate anscheinend beschleunigt. Diese Entdeckung wurde 2011 mit dem Nobelpreis für Physik für Riess, Saul Perlmutter und Brian Schmidt ausgezeichnet.
Die genauere Messung der exakten Expansionsrate unseres Universums ist seit Hubbles Entdeckung der Expansion im Jahr 1929 der Heilige Gral der Kosmologie. Typ Ia eignet sich perfekt zur Untersuchung kosmologischer Skalenabstände, da diese Sternexplosionen nur auftreten, wenn weiße Zwergsterne eine bestimmte kritische Masse überschreiten. entspricht 1,4 Sonnenmassen.
Infolgedessen explodieren die meisten Supernova vom Typ Ia mit ungefähr der gleichen intrinsischen oder absoluten Größe. Sie bieten daher eine einzigartige Art von „Standardkerze“, bei der jede Supernova vom Typ Ia, die hundertmal schwächer als eine andere ist, genau zehnmal weiter als die andere verstanden werden kann. In der Praxis werden geringfügige Unterschiede zwischen den tatsächlichen Supernovae vom Typ Ia berücksichtigt, die sich in ihrer Nettoauswirkung auf Entfernungsschätzungen im Durchschnitt auf etwa zehn Prozent belaufen. Technisch gesehen bieten Supernova vom Typ Ia daher „standardisierbare Kerzen“.
Normale Supernovae vom Typ Ia sind gut bekannt. Innerhalb weniger Tage nach seiner Entdeckung konnte Robert Quimby vom Kavli-Institut für Physik und Mathematik des Universums an der Universität Tokio die scheinbare Spitzengröße von m_V = 10,5 und die Zeit der Spitzenhelligkeit vom 2. Februar für SN 2014J vorhersagen. mehr als eine Woche vor ihrem Auftreten. Wie die jetzt verfügbaren Beobachtungen zeigen, war Quimbys Vorhersage, die auf den Lichtkurven anderer ähnlicher Supernova vom Typ Ia basiert, genau richtig (siehe Abbildung 1 unten), wie in der dank der American Association of Variable Star Observers verfügbaren Lichtkurve zusammengefasst.
Während SN 2014J eine normale Supernova vom Typ Ia ist, zeigt ihre Lichtkurve, dass sie stark gerötet ist, da sie durch große Staubmengen, die in ihrer Wirtsgalaxie vorhanden sind und dort eingreifen, gedimmt und verdeckt wird. Das Ausmaß der Rötung wird durch die Differenz zwischen der blauen und der visuellen Größe angezeigt. Bekannt als Extinktion, gemessen als E = (B-V), beträgt die Extinktion für SN 2014J ~ 1,3 mag. Dies ist vergleichbar mit der nächstgelegenen Supernova vom Typ Ia, SN 2011fe in der Galaxie Messier 101, bei 23 Millionen Lichtjahren (7,0 Megaparsec). Die Lichtkurve zeigt, dass SN 2011fe im Vergleich sehr wenig gerötet war, d. H. Sowohl das Spektrum als auch die Farbe sind normal.
Das Datum des ersten Lichts der SN 2014J-Explosion wurde nun auf den 14. Januar 72,72 festgelegt, ungefähr eine Woche vor der Entdeckung am 21. Januar. Dies wurde in einem von mindestens zwei bereits online veröffentlichten Artikeln zu SN 2014J berichtet, dem von WeiKang Zheng et al., und die bereits bei Astrophysical Journal Letters eingereicht wurde (siehe E-Print hier). SN 2014J ist eine von nur vier Supernova vom Typ Ia mit Beobachtungen bereits einen Tag nach dem ersten Licht, die anderen, einschließlich SN 2011fe, und SN 2009ig in der Galaxie NGC 1015 bei 130 Millionen Lichtjahren (41 Megaparsec) und SN 2013dy in Galaxie NGC 7250 bei 46 Millionen Lichtjahren (14 Megaparsec).
Zwei Rivalen für die nächstgelegenen Supernovae vom Typ Ia, SN 1972E in der Galaxie NGC 5253 und SN 1986G in NGC 5128, die Centaurus A-Galaxie, wurden früh zitiert. Es wird jedoch auch nicht behauptet, dass sie für den aktuellen Nullpunkt der Entfernungsskala direkt relevant sind, da weder moderne, vollständige Mehrband- und Mehrepochenbeobachtungen, einschließlich Prämaximum-Beobachtungen, die für die Definition von Supernovae vom Nullpunkttyp Ia wesentlich sind, noch Daten vorliegen das wird jetzt für SN 2014J gesammelt. Zum Beispiel ist SN 2002fk in der Galaxie NGC 1309 bei 100 Millionen Lichtjahren (31 Megaparsec) eine von nur acht Supernovae vom Typ Ia, die aufgrund ihrer vollständigen, mehrepochigen, mehrbandigen Lichtkurvendaten als Nullpunktkalibratoren eingesetzt werden. wie zum Beispiel von Riess et al. (siehe: 2011ApJ… 730..119R).
In Bezug darauf, welche neuere Supernova vom Typ Ia relativ am nächsten war, können die Entfernungen zu den beteiligten Galaxien geschätzt werden, indem im Wesentlichen alle rotverschiebungsunabhängigen Entfernungsschätzungen analysiert werden, die seit 1980 für Galaxien veröffentlicht wurden, dh in der Neuzeit unter Verwendung von CCDs und einschließlich Beobachtungen basierend auf dem Hubble-Weltraumteleskop der NASA. Solche Schätzungen der Galaxienentfernung sind in der extragalaktischen NASA / IPAC-Datenbank für Galaxienentfernungen (NED-D) aufgeführt.
Galaxy Messier 82, der Host von SN 2014J, befindet sich bei 12,0 Millionen Lichtjahren (3,6 Megaparsec), basierend auf dem Mittelwert von drei Arten von Entfernungsindikatoren, die 8 verschiedene Schätzungen verwenden. Die Standardabweichung zwischen diesen Indikatoren beträgt ~ 10%.
Das Galaxy NGC 5128, der Wirt von SN 1986G, befindet sich ebenfalls bei 12,0 Millionen Lichtjahren, basierend auf 11 verschiedenen Indikatoren mit 46 verschiedenen Entfernungsschätzungen und einer Standardabweichung zwischen den Indikatoren von ~ 10%. Innerhalb der Genauigkeit der Indikatoren traten beide Supernova im Wesentlichen in der gleichen Entfernung auf, was bestätigt, dass SN 2014J die nächste seit SN 1986G ist. Die Galaxie NGC 5253, der Wirt von SN 1972E, ist mit 11,0 Millionen Lichtjahren (3,4 Megaparsec) die nächstgelegene Galaxie, von der bekannt ist, dass sie in der Neuzeit eine Supernova vom Typ Ia beherbergt hat, basierend auf 6 Indikatoren mit 48 Schätzungen.
Die Berücksichtigung der Verdunkelung aufgrund des Staubes in Messier 82 ist nur ein Teil von mehreren, die Daten aus SN 2014J zur Schätzung der Entfernung verwenden. Zukünftige Beobachtungen seiner abnehmenden Größe werden seine vollständige Lichtkurve offenbaren. Auf diese Weise können Schätzungen der Abfallzeit und der Streckungsfaktoren der Lichtkurve vorgenommen werden. Sobald diese vorliegen, wird SN 2014J innerhalb der nächsten bis höchstens einigen Wochen als nächster Supernova-Ankerpunkt vom Typ Ia eingesetzt.
SN 2014J ist eher ein Meilenstein als ein Rosetta-Stein und wird dennoch einen bleibenden Einfluss auf zukünftige Anwendungen von Supernova-Beobachtungen vom Typ Ia in der Kosmologie haben. Es wird besonders wichtig sein, die Verwendung von Supernova vom Typ Ia als kosmologische Entfernungsindikatoren zu verbessern. Dies ist wichtig für laufende Projekte, einschließlich des SHOES-Projekts, des Carnegie Hubble-Programms und anderer, die alle darauf abzielen, die Expansionsrate oder Hubble-Konstante des Universums innerhalb des nächsten Jahrzehnts mit einer Genauigkeit von besser als einem Prozent zu messen. Dieses Maß an Genauigkeit ist erforderlich, um nicht nur die genaue Größe und das Alter unseres Universums zu verstehen, sondern auch die genaue Zustandsgleichung, die die Gesamtenergie unseres Universums einschließlich seiner dunklen Energie bestimmt.
