In sole tre settimane dalla sua scoperta, avvenuta il 21 gennaio 2014, molto è stato appreso sulla nuova supernova SN 2014J in Messier 82, la galassia "Cigar". Oltre alla conferma precoce basata sul suo spettro che si tratta effettivamente di una supernova di tipo Ia, dal 1986 è ora considerata l'esplosione di tipo Ia più vicina alla nostra galassia della Via Lattea.
La sua vicinanza unica rende SN 2014J una delle supernova più importanti mai osservate. Influirà sulla nostra comprensione sia della classe Ia di supernovae che dell'Universo nel suo insieme, perché le dimensioni, l'età e il destino finale del nostro Universo sono intimamente collegati alle osservazioni delle supernovae di tipo Ia e alla precisione con cui possono essere applicato per stimare le distanze su scala universale dipende fondamentalmente dagli esempi più vicini. È molto probabile che SN 2014J rimanga il punto di ancoraggio più vicino nella scala di distanza basata sulle supernovae di tipo Ia per i decenni a venire.
"Essendo la supernova più vicina di questo tipo, SN 2014J ci aiuterà a calibrare meglio l'espansione dell'Universo", ha affermato Adam Riess, co-leader del progetto Supernova H0 for Equation of State (SHOES) e co-vincitore del Premio Nobel per la fisica 2011.
Le osservazioni delle supernovae di tipo Ia hanno portato alla scoperta che il nostro Universo è costituito principalmente da energia oscura e che il suo tasso di espansione sembra accelerare. Quella scoperta ha vinto il Premio Nobel 2011 in Fisica per Riess, Saul Perlmutter e Brian Schmidt.
Misurare sempre più accuratamente l'esatto tasso di espansione del nostro Universo è stato il Santo Graal della cosmologia dalla scoperta dell'espansione di Hubble nel 1929. Il tipo Ia è perfetto per sondare le distanze su scala cosmologica, perché queste esplosioni stellari si verificano solo quando le stelle bianche nane superano una certa massa critica, equivalente a 1,4 masse solari.
Di conseguenza, la maggior parte delle supernova di tipo Ia esplode all'incirca della stessa grandezza intrinseca o assoluta. Forniscono quindi un tipo unico di "candela standard", secondo la quale qualsiasi supernova di tipo Ia osservata essere cento volte più debole di un'altra può essere intesa esattamente dieci volte più lontana dell'altra. In pratica, vengono tenute in considerazione le sottili differenze tra le supernovae di tipo Ia effettive, che ammontano in media al 10% circa nel loro effetto netto sulle stime della distanza. Tecnicamente, quindi, la supernova di tipo Ia fornisce "candele standardizzabili".
Le supernovae di tipo Ia normale sono ben comprese. A pochi giorni dalla sua scoperta, Robert Quimby del Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe presso l'Università di Tokyo è stato in grado di prevedere la magnitudine apparente di picco di m_V = 10,5 e il tempo di massima luminosità del 2 febbraio per SN 2014J, più di una settimana prima del loro verificarsi. Come mostrano le osservazioni ora disponibili, come riassunto nella curva di luce disponibile grazie all'American Association of Variable Star Observers, la previsione di Quimby basata sulle curve di luce di altra supernova di tipo Ia simile, è stata perfetta (vedi Figura 1, di seguito).
Mentre SN 2014J è una normale supernova di tipo Ia, la sua curva di luce rivela che è molto arrossata, come oscurata e oscurata da grandi quantità di polvere presente e che interviene nella sua galassia ospite. La quantità di arrossamento è indicata dalla differenza tra la grandezza blu e quella visiva. Conosciuta come estinzione, misurata come E = (B-V), per SN 2014J l'estinzione è pari a ~ 1,3 mag. Ciò è paragonabile alla successiva supernova di tipo Ia più vicina, SN 2011fe nella galassia Messier 101, a 23 milioni di anni luce (7,0 Megaparsec). È la curva della luce che mostra che SN 2011fe è stato arrossato molto poco in confronto, cioè sia lo spettro che il colore sono normali.
La data della prima luce dell'esplosione di SN 2014J è stata ora stabilita per essere il 14,72 UT di gennaio, circa una settimana prima della scoperta del 21 gennaio. Ciò è stato riportato in uno degli almeno due articoli già pubblicati online su SN 2014J, quello di WeiKang Zheng et al., e che è già stato inviato a Astrophysical Journal Letters (vedi e-print qui). SN 2014J è una delle uniche quattro supernova di tipo Ia con osservazioni già un giorno dopo la prima luce, le altre, tra cui SN 2011fe menzionate, e SN 2009ig nella galassia NGC 1015 a 130 milioni di anni luce (41 Megaparsecs) e SN 2013dydy in galassia NGC 7250 a 46 milioni di anni luce (14 Megaparsecs).
Due rivali per le più recenti supernove di tipo Ia, SN 1972E nella galassia NGC 5253 e SN 1986G nella galassia NGC 5128, la galassia Centaurus A, furono citate in anticipo. Nessuno dei due, tuttavia, è considerato direttamente pertinente all'attuale punto zero della scala della distanza perché nessuno dei due ha osservazioni moderne, complete, multibanda e multi-epoca, comprese le osservazioni pre-massime, che sono essenziali per definire supernovae di tipo Ia di punto zero e dati che ora viene raccolto per SN 2014J. Ad esempio, SN 2002fk nella galassia NGC 1309 a 100 milioni di anni luce (31 Megaparsecs) è uno dei soli otto supernovae di tipo Ia impiegati come calibratori del punto zero, a causa dei loro dati completi, multi-epoca, multi-banda della curva della luce, come impiegato ad esempio da Riess et al. (vedi: 2011ApJ ... 730..119R).
In termini di supernova recente di tipo Ia relativamente più vicina, le distanze dalle galassie coinvolte possono essere stimate sulla base dell'analisi essenzialmente di tutte le stime di distanza indipendenti dal redshift che sono state pubblicate per le galassie dal 1980, il che significa che nell'era moderna usando CCD e comprese le osservazioni basate sul telescopio spaziale Hubble della NASA. Tali stime della distanza della galassia sono riportate nel database extragalattico NASA / IPAC delle distanze della galassia (NED-D).
Galaxy Messier 82, l'host di SN 2014J, si trova a 12,0 milioni di anni luce (3,6 Megaparsecs), basato sulla media di tre tipi di indicatori di distanza che impiegano 8 stime diverse. La deviazione standard tra questi indicatori è ~ 10%.
Galaxy NGC 5128, l'host di SN 1986G, si trova anche a 12,0 milioni di anni luce, sulla base di 11 diversi indicatori che impiegano 46 diverse stime di distanza, e anche con una deviazione standard tra gli indicatori del ~ 10%. Quindi, entro la precisione degli indicatori, entrambe le supernova si sono verificate essenzialmente alla stessa distanza, confermando che SN 2014J è il più vicino dal SN 1986G. Galaxy NGC 5253, l'host di SN 1972E, è in realtà la galassia più vicina, con 11,0 milioni di anni luce (3,4 Megaparsecs) noti per aver ospitato una supernova di tipo Ia nell'era moderna, sulla base di 6 indicatori con 48 stime.
La contabilità per il suo oscuramento dovuto alla polvere in Messier 82 è solo una parte di molti coinvolti nell'applicazione dei dati da SN 2014J per stimarne la distanza. Le osservazioni future della sua magnitudine decrescente riveleranno la sua curva di luce completa. Ciò consentirà di effettuare stime del tempo di declino e dei fattori di allungamento della curva leggera. Una volta che questi saranno disponibili, al massimo entro poche settimane, SN 2014J inizierà il suo utilizzo come punto di ancoraggio per supernova di tipo Ia più vicino.
Più di una pietra miliare di una pietra di Rosetta, SN 2014J avrà comunque un impatto di eredità duratura sulle future applicazioni delle osservazioni di supernova di tipo Ia in cosmologia. Sarà particolarmente significativo per migliorare l'uso della supernova di tipo Ia come indicatori di distanza cosmologici. Ciò è importante per i progetti in corso, tra cui il progetto SHOES, il programma Carnegie Hubble e altri, che mirano tutti a misurare il tasso di espansione dell'Universo o la costante di Hubble con un'accuratezza migliore dell'1% entro il prossimo decennio. Questo livello di accuratezza è necessario per comprendere non solo le dimensioni e l'età esatte del nostro Universo, ma anche l'esatta Equazione di Stato che governa l'energia totale del nostro Universo, compresa la sua energia oscura.
