În numai trei săptămâni de la descoperirea sa din 21 ianuarie 2014, s-au învățat multe despre noua supernova SN 2014J din Messier 82, galaxia „Cigar”. Pe lângă confirmarea timpurie bazată pe spectrul său că este într-adevăr o supernova de tip Ia, acum se înțelege că este cea mai apropiată explozie de tip Ia a galaxiei noastre din Calea Lactee din 1986.
Apropierea sa unică face din SN 2014J una dintre cele mai importante supernovele observate vreodată. Acesta va avea impact asupra înțelegerii noastre atât a tipului Ia de clasă a supernovelor, cât și a Universului în ansamblu, deoarece dimensiunea, vârsta și soarta finală a Universului nostru sunt legate strâns de observațiile supernovelor de tip Ia și de precizia cu care acestea pot fi aplicat pentru estimarea distanțelor la scară universală depinde în mod crucial de cele mai apropiate exemple. SN 2014J este foarte probabil să rămână cel mai apropiat punct de ancorare pe scara de distanță bazată pe supernovele de tip Ia decenii următoare.
„Fiind cea mai apropiată supernovă de acest gen, SN 2014J ne va ajuta să calibrăm mai bine extinderea Universului”, a declarat Adam Riess, co-lider al proiectului Supernova H0 pentru Equation of State (SHOES) și co-câștigător al proiectului Premiul Nobel pentru fizică 2011.
Observațiile de supernovele de tip Ia au condus la descoperirea că Universul nostru este format mai ales din energie întunecată și că rata de expansiune aparent se accelerează. Această descoperire a obținut Premiul Nobel pentru fizică din 2011 pentru Riess, Saul Perlmutter și Brian Schmidt.
Măsurarea din ce în ce mai exactă a ritmului exact de expansiune al Universului nostru a fost Sfântul Graal al cosmologiei de la descoperirea expansiunii lui Hubble în 1929. Tipurile Ia sunt perfecte pentru a depista distanțe de scară cosmologică, deoarece aceste explozii stelare apar numai atunci când stelele pitice albe depășesc o anumită masă critică, echivalent cu 1,4 mase solare.
Drept urmare, majoritatea supernovei de tip Ia explodează cu aproximativ aceeași magnitudine intrinsecă sau absolută. Prin urmare, ele furnizează un fel unic de „lumânare standard”, prin care orice supernova Ia observată a fi de o sută de ori mai slabă decât alta poate fi înțeleasă ca fiind exact de zece ori mai îndepărtată decât cealaltă. În practică, se înregistrează diferențe subtile între supernovele de tip I, care se ridică la aproximativ zece la sută în medie în efectul lor net asupra estimărilor la distanță. Prin urmare, din punct de vedere tehnic, supernova de tip Ia oferă „lumânări standardizabile”.
Supernovele normale de tip Ia sunt bine înțelese. În doar câteva zile de la descoperirea sa, Robert Quimby de la Institutul Kavli pentru fizică și matematică a Universului de la Universitatea din Tokyo a fost capabil să prezică magnitudinea aparentă maximă a m_V = 10,5 și timpul de maximă luminozitate din 2 februarie pentru SN 2014J, cu mai mult de o săptămână înainte de apariția lor. După cum arată observațiile disponibile acum, așa cum este rezumat în curba de lumină disponibilă, datorită Asociației Americane a Observatorilor de Stele Variabile, predicția lui Quimby bazată pe curbele de lumină ale altor supernove de tip similar Ia, a fost plasată (vezi Figura 1, mai jos).
În timp ce SN 2014J este o supernova normală de tip Ia, curba sa ușoară dezvăluie că este foarte înroșită, la fel ca în întuneric și întunecat de cantități mari de praf prezente și care intervin în galaxia gazdă. Cantitatea de înroșire este indicată de diferența dintre mărimile albastre și cele vizuale. Cunoscută sub numele de extincție, măsurată ca E = (B-V), pentru SN 2014J extincția se ridică la ~ 1,3 mag. Aceasta se compară cu următoarea cea mai apropiată recent supernova Ia, SN 2011fe în galaxia Messier 101, la 23 de milioane de ani-lumină (7,0 Megaparsec). Prezentarea în curbă a luminii SN 2011fe a fost înroșită foarte puțin în comparație, adică atât spectrul cât și culoarea sunt normale.
Data primei lumini a exploziei SN 2014J a fost stabilită a fi 14.72 ianuarie UT, cu aproximativ o săptămână înainte de descoperirea 21 ianuarie. Aceasta a fost raportată într-una din cel puțin două lucrări publicate deja online cu privire la SN 2014J, una de WeiKang Zheng et al., și care a fost deja trimis la Astrophysical Journal Letters (vezi e-print aici). SN 2014J este una dintre cele patru supernove Ia de tip patru, cu observații încă de la o zi după prima lumină, celelalte inclusiv SN 2011fe menționate, și SN 2009ig în galaxia NGC 1015 la 130 milioane de ani-lumină (41 Megaparsecs) și SN 2013dy în galaxia NGC 7250 la 46 de milioane de ani-lumină (14 Megaparsecs).
Două rivale pentru cele mai apropiate supernovee de tip Ia cea mai recentă, SN 1972E în galaxia NGC 5253 și SN 1986G în NGC 5128, galaxia Centaurus A, au fost citate mai devreme. Cu toate acestea, niciuna dintre acestea nu este argumentată a fi direct relevantă pentru actuala scară a distanței punct zero, deoarece nici nu au observații moderne, complete, multi-band și multi-epoch, inclusiv observații pre-maxime, care sunt chintesențiale pentru definirea supernovelor de tip zero la punctul zero și date adunată acum pentru SN 2014J. De exemplu, SN 2002fk în galaxia NGC 1309 la 100 de milioane de ani-lumină (31 Megaparsecs) este una dintre cele opt supernovee Ia de tip folosite ca calibratori de punct zero, din cauza datelor complete, multi-epoch, cu mai multe benzi, cu curbă de lumină, așa cum este folosit de exemplu de Riess și colab. (vezi: 2011ApJ ... 730..119R).
În ceea ce privește că supernova de tip recent Ia a fost relativ apropiată, distanțele față de galaxiile implicate pot fi estimate pe baza analizei în principal a tuturor estimărilor de distanță independente de redshift care au fost publicate pentru galaxii începând cu 1980, adică în epoca modernă folosind CCD-uri și inclusiv observații bazate pe telescopul spațial Hubble al NASA. Astfel de estimări ale distanței galaxiei sunt tabulate în baza de date extragalactică NASA / IPAC a distanțelor galaxiei (NED-D).
Galaxy Messier 82, gazda SN 2014J, este situat la 12,0 milioane de ani-lumină (3,6 Megaparsecs), pe baza a trei tipuri de indicatori de distanță care utilizează 8 estimări diferite. Abaterea standard dintre acești indicatori este de ~ 10%.
Galaxy NGC 5128, gazda SN 1986G, se află, de asemenea, la 12,0 milioane de ani-lumină, pe baza a 11 indicatori diferiți, care utilizează 46 de estimări la distanță diferite, dar și cu o abatere standard între indicatorii de ~ 10%. Așadar, până la precizia indicatorilor, ambele supernove au avut loc la aceeași distanță, confirmând că SN 2014J este cel mai apropiat de la SN 1986G. Galaxy NGC 5253, gazda SN 1972E, este de fapt cea mai apropiată galaxie, la 11,0 milioane de ani-lumină (3,4 Megaparsec), cunoscută a găzduit o supernova de tip Ia în epoca modernă, bazată pe 6 indicatori cu 48 de estimări.
Contabilizarea întunecării sale din cauza prafului din Messier 82 este doar o parte din mai mulți implicați în aplicarea datelor de la SN 2014J pentru a estima distanța. Observațiile viitoare ale mărimii sale în scădere vor dezvălui curba luminoasă completă. Acest lucru va permite estimarea timpului de declin și a factorilor de întindere a curbei luminoase. Odată ce acestea sunt la îndemână, în cel mult următoarele câteva săptămâni, SN 2014J își va începe utilizarea ca cel mai apropiat punct de ancorare a supernovei de tip Ia.
Mai mult un punct de reper decât o piatră Rosetta, SN 2014J va avea totuși un impact de moștenire durabilă asupra aplicațiilor viitoare ale observațiilor de tip Ia supernova în cosmologie. Va fi deosebit de importantă îmbunătățirea utilizării supernovei de tip Ia ca indicatori de distanță cosmologică. Acest lucru este important pentru proiectele în curs de desfășurare, inclusiv proiectul SHOES, Programul Carnegie Hubble și altele, toate având ca scop măsurarea ritmului de expansiune a Universului sau constanta Hubble cu o precizie mai bună de un procent în următorul deceniu. Acest nivel de precizie este necesar pentru a înțelege nu doar dimensiunea și vârsta exactă a Universului nostru, ci și ecuația de stat exactă care guvernează energia totală a Universului nostru, inclusiv energia sa întunecată.
