Em apenas três semanas desde a sua descoberta em 21 de janeiro de 2014, muito se aprendeu sobre a nova supernova SN 2014J em Messier 82, a galáxia “Cigar”. Além da confirmação antecipada com base em seu espectro de que é realmente uma supernova do tipo Ia, agora é entendida como a explosão do tipo Ia mais próxima de nossa galáxia da Via Láctea desde 1986.
Sua proximidade única faz do SN 2014J a supernova mais importante já observada. Isso afetará nossa compreensão tanto da classe Ia de supernovas quanto do universo como um todo, porque o tamanho, a idade e o destino final do nosso Universo estão intimamente ligados às observações das supernovas do tipo Ia e à precisão com que eles podem ser aplicado para estimar distâncias em escala universal depende crucialmente dos exemplos mais próximos. É provável que o SN 2014J permaneça o ponto de ancoragem mais próximo na escala de distância baseada em supernovas do tipo Ia nas próximas décadas.
"Sendo a supernova mais próxima desse tipo, o SN 2014J nos ajudará a calibrar melhor a expansão do Universo", disse Adam Riess, co-líder do projeto Supernova H0 para Equação de Estado (SHOES) e co-vencedor do Prêmio Nobel de Física 2011.
Observações das supernovas do tipo Ia levaram à descoberta de que nosso Universo é composto principalmente de energia escura e que sua taxa de expansão aparentemente está se acelerando. Essa descoberta ganhou o Prêmio Nobel de Física de 2011 por Riess, Saul Perlmutter e Brian Schmidt.
Medir com cada vez mais precisão a taxa exata de expansão do nosso Universo tem sido o Santo Graal da cosmologia desde a descoberta da expansão pelo Hubble em 1929. O tipo Ia é perfeito para sondar distâncias da escala cosmológica, porque essas explosões estelares ocorrem apenas quando estrelas anãs brancas excedem uma certa massa crítica, equivalente a 1,4 massas solares.
Como resultado, a maioria das supernovas do tipo Ia explode com aproximadamente a mesma magnitude intrínseca ou absoluta. Eles, portanto, fornecem um tipo único de “vela padrão”, pelo qual qualquer supernova do tipo Ia observada cem vezes mais fraca que outra pode ser entendida exatamente dez vezes mais distante que a outra. Na prática, são contabilizadas diferenças sutis entre as supernovas reais do tipo Ia, que atingem, em média, cerca de dez por cento em seu efeito líquido nas estimativas de distância. Tecnicamente, portanto, a supernova tipo Ia fornece "velas padronizáveis".
Supernovas normais do tipo Ia são bem conhecidas. Poucos dias após sua descoberta, Robert Quimby, do Instituto Kavli de Física e Matemática do Universo da Universidade de Tóquio, conseguiu prever a magnitude aparente máxima de m_V = 10,5 e o tempo de brilho máximo de 2 de fevereiro para o SN 2014J, mais de uma semana antes da ocorrência. Como as observações agora disponíveis mostram, conforme resumido na curva de luz disponível graças à Associação Americana de Observadores de Estrelas Variáveis, a previsão de Quimby com base nas curvas de luz de outra supernova semelhante do tipo Ia estava no local (veja a Figura 1 abaixo).
Embora o SN 2014J seja uma supernova normal do tipo Ia, sua curva de luz revela que está altamente avermelhada, pois é esmaecida e obscurecida por grandes quantidades de poeira presente e intervindo na galáxia hospedeira. A quantidade de avermelhamento é indicada pela diferença entre as magnitudes azul e visual. Conhecida como extinção, medida como E = (B-V), para SN 2014J a extinção equivale a ~ 1,3 mag. Isso se compara à próxima supernova tipo Ia recente mais próxima, a SN 2011fe, na galáxia Messier 101, em 23 milhões de anos-luz (7,0 Megaparsecs). Sua curva de luz mostra que o SN 2011fe ficou muito pouco avermelhado em comparação, ou seja, tanto o espectro quanto a cor são normais.
A data da primeira luz da explosão do SN 2014J foi estabelecida em 14.72 UT, cerca de uma semana antes da descoberta em 21 de janeiro. Isso foi relatado em pelo menos dois artigos já publicados on-line sobre o SN 2014J, o de WeiKang Zheng et al., e que já foi submetido ao Astrophysical Journal Letters (veja e-print aqui). A SN 2014J é uma das únicas quatro supernovas do tipo Ia com observações logo um dia após a primeira luz, as outras incluindo a SN 2011fe mencionada e a SN 2009ig na galáxia NGC 1015 a 130 milhões de anos-luz (41 Megaparsecs), e a SN 2013dy em galáxia NGC 7250 a 46 milhões de anos-luz (14 Megaparsecs).
Dois rivais das supernovas recentes do tipo Ia mais recentes, SN 1972E na galáxia NGC 5253 e SN 1986G na NGC 5128, a galáxia Centaurus A, foram citados anteriormente. No entanto, também não se argumenta que seja diretamente relevante para o ponto zero da escala de distância atual porque não possui observações modernas, completas, de várias bandas e várias épocas, incluindo observações pré-máximas, que são por excelência a definição de supernovas tipo Ia do ponto zero e dados que agora está sendo reunido para o SN 2014J. Por exemplo, o SN 2002fk na galáxia NGC 1309 a 100 milhões de anos-luz (31 Megaparsecs) é uma das oito supernovas tipo Ia empregadas como calibradores de ponto zero, devido a seus dados completos, de várias épocas e de várias bandas de luz, como empregado, por exemplo, por Riess et al. (ver: 2011ApJ… 730..119R).
Em termos dos quais a supernova recente do tipo Ia foi relativamente mais próxima, as distâncias às galáxias envolvidas podem ser estimadas com base na análise de todas as estimativas de distância independentes do desvio para o vermelho que foram publicadas para galáxias desde 1980, ou seja, na era moderna, usando CCDs e incluindo observações baseadas no Telescópio Espacial Hubble da NASA. Tais estimativas de distâncias de galáxias estão tabuladas no banco de dados extragaláctico da NASA / IPAC de distâncias de galáxias (NED-D).
O Galaxy Messier 82, o host do SN 2014J, está localizado em 12,0 milhões de anos-luz (3,6 Megaparsecs), com base na média de três tipos de indicadores de distância, empregando 8 estimativas diferentes. O desvio padrão entre esses indicadores é de ~ 10%.
O Galaxy NGC 5128, o host do SN 1986G, também está localizado em 12,0 milhões de anos-luz, com base em 11 indicadores diferentes, empregando 46 estimativas de distância diferentes, e também com um desvio padrão entre indicadores de ~ 10%. Portanto, dentro da precisão dos indicadores, ambas as supernovas ocorreram essencialmente à mesma distância, confirmando que o SN 2014J é o mais próximo desde o SN 1986G. O Galaxy NGC 5253, o host do SN 1972E, é na verdade a galáxia mais próxima, com 11,0 milhões de anos-luz (3,4 Megaparsecs) conhecidos por hospedar uma supernova tipo Ia na era moderna, com base em 6 indicadores com 48 estimativas.
A contabilização de seu escurecimento devido ao pó no Messier 82 é apenas uma parte de vários envolvidos na aplicação de dados do SN 2014J para estimar sua distância. Observações futuras de magnitude decrescente revelarão sua curva de luz completa. Isso permitirá que sejam feitas estimativas de seu tempo de declínio e fatores de extensão da curva de luz. Quando estiverem disponíveis, dentro das próximas a várias semanas, no máximo, o SN 2014J começará a ser usado como o ponto de ancoragem de supernova tipo Ia mais próximo.
Mais um marco do que uma pedra de Rosetta, o SN 2014J terá um impacto de legado duradouro em futuras aplicações de observações de supernovas do tipo Ia em cosmologia. Será especialmente importante para aprimorar o uso da supernova do tipo Ia como indicadores de distância cosmológica. Isso é importante para os projetos em andamento, incluindo o projeto SHOES, o Programa Carnegie Hubble e outros, todos com o objetivo de medir a taxa de expansão do Universo ou a constante Hubble com uma precisão de mais de um por cento na próxima década. Esse nível de precisão é necessário para entender não apenas o tamanho e a idade exatos do nosso Universo, mas também a Equação de Estado exata que governa a energia total do nosso Universo, incluindo sua energia escura.
