På bara tre veckor efter upptäckten den 21 januari 2014 har man lärt sig mycket om den nya supernova SN 2014J i Messier 82, ”Cigar” -galaxen. Förutom en tidig bekräftelse baserad på dess spektrum att den verkligen är en supernova av typ Ia, förstås det nu vara den närmaste explosionen av typen Ia till vår Vintergalax sedan 1986.
Enbart sin unika närhet gör SN 2014J till den viktigaste supernova som någonsin har observerats. Det kommer att påverka vår förståelse både av typen Ia-klass av supernovaer och av universum som helhet, eftersom vårt universums storlek, ålder och slutliga öde är intimt kopplade till iakttagelser av typen Ia-supernovaer, och eftersom den precision som de kan tillämpas för att uppskatta avstånd på universell skala beror avgörande på de närmaste exemplen. SN 2014J kommer troligen att förbli den närmaste ankarpunkten i den typ Ia supernova-baserade distansskalan under decennier framöver.
"Att vara den närmaste supernova av detta slag kommer SN 2014J att hjälpa oss att bättre kalibrera universums expansion," sade Adam Riess, medledare för projektet Supernova H0 for Equation of State (SHOES) och medvinnare av projektet 2011 Nobelpris i fysik.
Observationer av super-supernovaer av typ Ia ledde till upptäckten att vårt universum mestadels består av mörk energi, och att dess expansionshastighet tydligen accelererar. Denna upptäckt fick Nobelpriset 2011 i fysik för Riess, Saul Perlmutter och Brian Schmidt.
Att mäta allt mer exakt vårt universums exakta hastighet har varit den heliga gral för kosmologin sedan Hubbles upptäckt av expansion 1929. Typ Ia är perfekta för att söka kosmologiska skalavstånd, eftersom dessa stjärnexplosioner inträffar endast när vita dvärgstjärnor överskrider en viss kritisk massa, motsvarande 1,4 solmassor.
Som ett resultat exploderar de flesta Ia-supernova med ungefär samma inre eller absoluta storlek. De tillhandahåller därför en unik typ av "standardstearinljus", genom vilken vilken typ av supernova som kan ses som hundra gånger svagare än en annan kan förstås vara exakt tio gånger längre än den andra. I praktiken redovisas subtila skillnader mellan faktiska supernovaer av typ Ia, som i genomsnitt uppgår till cirka tio procent i nettopåverkan på avståndsberäkningar. Tekniskt sett ger därför Ia supernova "standardiserbara ljus."
Normala Ia-supernovaer är väl förstått. Inom bara några dagar efter upptäckten kunde Robert Quimby från Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe vid universitetet i Tokyo förutsäga den högsta uppenbara storleken på m_V = 10,5 och tiden för topp ljusstyrka den 2 februari för SN 2014J, mer än en vecka före deras förekomst. Som det nu finns tillgängliga observationer visar, som sammanfattat i den ljuskurva som är tillgänglig tack vare American Association of Variable Star Observers, Quimbys förutsägelse baserad på ljuskurvorna från annan liknande Ia-supernova, var platsen på (se figur 1 nedan).
Medan SN 2014J är en vanlig typ Ia-supernova, avslöjar dess ljuskurva att den är mycket rödgad, som i nedtonad och dold av stora mängder damm som finns närvarande och ingriper i värdgalaxen. Mängden rodnad indikeras av skillnaden mellan den blåa och visuella storleken. Känd som utrotning, mätt som E = (B-V), för SN 2014J uppgår utrotningen till ~ 1,3 mag. Det jämförs med nästa närmaste nyligen typ Ia-supernova, SN 2011fe i galaxen Messier 101, vid 23 miljoner ljusår (7,0 Megaparsek). Det är ljuskurva visar att SN 2011fe rödgades mycket lite i jämförelse, dvs - både spektrum och färg är normala.
Datum för SN 2014J-explosionens första ljus har nu fastställts att vara 14 januari 72 UT, ungefär en vecka före upptäckten den 21 januari. Det rapporterades i ett av minst två artiklar som redan publicerats online beträffande SN 2014J, det av WeiKang Zheng et al., och som redan har överlämnats till Astrophysical Journal Letters (se e-tryck här). SN 2014J är en av endast fyra supernova av typ Ia med observationer så tidigt som en dag efter första ljuset, de andra inklusive SN 2011fe nämns, och SN 2009ig i galaxen NGC 1015 vid 130 miljoner ljusår (41 Megaparsecs) och SN 2013dy i galax NGC 7250 vid 46 miljoner ljusår (14 Megaparsec).
Två rivaler för närmaste nyligen typ Ia supernovaer, SN 1972E i galaxen NGC 5253 och SN 1986G i NGC 5128, Centaurus A-galaxen, citerades tidigt. Inte heller hävdas att de är direkt relevanta för den aktuella avståndsskalans nollpunkt eftersom varken har moderna, fullständiga, flerbandiga och flerspända observationer inklusive pre-maximala observationer, som är avgörande för att definiera nollpunkttyp Ia supernovaer och data som nu samlas för SN 2014J. Till exempel är SN 2002fk i galax NGC 1309 vid 100 miljoner ljusår (31 Megaparsec) en av endast åtta typ Ia-supernovaer som används som nollpunktskalibratorer, på grund av deras kompletta, flerpokade, flerbands ljuskurvdata, såsom användes till exempel av Riess et al. (se: 2011ApJ ... 730..119R).
När det gäller vilken nylig typ Ia-supernova var relativt närmast, kan avstånden till de berörda galaxerna beräknas baserat på analys av väsentligen alla de rödsskift-oberoende avståndsberäkningar som har publicerats för galaxer sedan 1980, vilket betyder i modern tid med hjälp av CCD och inklusive observationer baserade på NASA: s Hubble Space Telescope. Sådana uppskattningar av galaxavstånd anges i NASA / IPAC Extragalactic Database of Galaxy Galaxy Distances (NED-D).
Galaxy Messier 82, värd för SN 2014J, ligger på 12,0 miljoner ljusår (3,6 Megaparsek), baserat på medelvärdet av tre typer av avståndsindikator som använder 8 olika uppskattningar. Standardavvikelsen bland dessa indikatorer är ~ 10%.
Galaxy NGC 5128, värd för SN 1986G, ligger också vid 12,0 miljoner ljusår, baserat på 11 olika indikatorer som använder 46 olika distansberäkningar, och även med en standardavvikelse mellan indikatorer på ~ 10%. Så inom indikatorernas noggrannhet inträffade båda supernovana på väsentligen samma avstånd, vilket bekräftar att SN 2014J är det närmaste sedan SN 1986G. Galaxy NGC 5253, värd för SN 1972E, är faktiskt den närmaste galaxen, vid 11,0 miljoner ljusår (3,4 Megaparsek) kända för att ha varit värd för en typ Ia-supernova i modern tid, baserat på 6 indikatorer med 48 uppskattningar.
Att redovisa dess dimning på grund av dammet i Messier 82 är bara en del av flera som är involverade i att tillämpa data från SN 2014J för att uppskatta avståndet. Framtida observationer av dess minskande storlek kommer att avslöja dess fullständiga ljuskurva. Det gör det möjligt att göra uppskattningar av dess nedgångstid och ljuskurva sträckningsfaktorer. När dessa väl har funnits, inom de närmaste några till flera veckorna, kommer SN 2014J att börja använda den som närmaste ana-punkt Ia supernova.
Mer än en milstolpe än en Rosetta-sten, SN 2014J kommer ändå att ha en inverkan av varaktig arv på framtida tillämpningar av supernova-observationer av typ Ia i kosmologi. Det kommer att vara särskilt viktigt att förbättra användningen av supernova av typ Ia som kosmologiska avståndsindikatorer. Det är viktigt för pågående projekt, inklusive SHOES-projektet, Carnegie Hubble-programmet och andra, som alla syftar till att mäta universums expansionshastighet eller Hubble-konstant till en noggrannhet på mer än en procent inom det kommande decenniet. Denna nivå av noggrannhet krävs för att inte bara förstå vårt universums exakta storlek och ålder, utan också den exakta statens ekvation som styr vårt universums totala energi, inklusive dess mörka energi.
