В результате чего рождается сверхновая звезда
Сверхновые звезды и их яркие вспышки
На самом деле, сверхновые звезды это светила, которые вспыхивает и в это время их яркость резко увеличивается, а затем медленно затухает. Только представьте, их блеск может повышаться от 10 до 20 звёздных величин.
А вот вспышка сверхновой звезды представляет само явление внезапного увеличения и постепенного уменьшения звёздной яркости.
Как выяснилось, такое событие происходит на конечной стадии эволюции некоторых объектов в результате катаклизма. Причем в межзвёздное пространство выделяется огромное количество энергии.
SN 1987A сверхновая типа II-P
Как получаются новые сверхновые звезды
Какая звезда превращается в сверхновую?
Кроме того, при спектральном анализе наблюдается смещение линии кремния. Что показывает на происходящие во время выброса ядерные реакции.
Итак, возникает предположение о том, что в прошлом сверхновая звезда была карликом. Вероятнее всего, белым углеродно-кислородным представителем.
Типы сверхновых звезд
Стоит отметить, что их обозначение начинается с вида (SN) и года открытия. А оканчивается буквами, которые указывают на порядковый номер объекта в данном году. К примеру, по времени их сначала именуют от А до Z, затем используют аа, ab, ac и др.
Разумеется, представители одного вида тел никогда не могут быть абсолютно идентичными. Они отличаются друг от друга. Главным образом, различается их светимость, природа происхождения, то есть образование.
Итак, выделяют два вида:
Что интересно, в их спектре нет водорода. По этому показателю, основываясь на состав, их делят на подтипы Ia, Ib и Ic.
Сверхновая типа Ib SN 2008D
К тому же, период пика яркости длится примерно два или три дня. Но отмечается высокий уровень блеска.
II тип: гигант или сверхгигант большой массивности взрывается и его ядро коллапсирует. Его элементы очень быстро разлетаются в разные стороны.
Правда, в таких объектах в спектре наблюдаются линии водорода. Также группируются на подтипы: II-L, II-P, IIb и IIn.
Кроме того, второму типу свойственно более продолжительное увеличение яркости. Хотя она ниже и быстрее уменьшается в отличие от первого вида.
Интересные факты про сверхновые звезды
Что интересно, их обнаруживают уже после вспышки. В то время, когда выделенная ими энергия, то есть излучение, достигнет земной атмосферы. Как раз тогда, её можно наблюдать.
Собственно, поэтому долгое время объекты типа сверхновых звезд были непонятными и таинственными.
Рождение сверхновой звезды
Что остается на месте вспышки сверхновой звезды
Между прочим, после взрыва остаётся образование из газа и пыли, а также следы веществ, участвующих в жизни космического тела. Причем то, что сохранилось, так и называется-остаток сверхновой.
Иначе говоря, остаток сверхновой это туманности, которые сформировались после того, как взорвалась звезда и превратилась в сверхновую. Поскольку оболочка разрывается, её частицы разлетаются, то образуется ударная волна. Которая, в свою очередь, также быстро расширяется и из неё получается газопылевая область. Она, помимо всего прочего, содержит звёздный материал и вещества из космического пространства, объединённого этой волной.
Конечно, остаток также, как и сама вспышка, наблюдается спустя какое-то время. Иногда лишь по прошествии сотни лет.
Сверхновые звезды и их примеры
Можно выделить несколько наиболее известных представителей: SN 1572 (её также называют звездой Тихо Браге, так как он дал её описание), SN 1604, SN 1987А и SN 1993J.
К примеру, среди данного вида светил отмечают ярчайшую за прошлый век SN 1987А, а лидером нынешнего столетия пока выступает SN 2006gy.
Кстати, известная Крабовидная туманность является остатком SN1054.
Как вы считаете, в чём состоит важная роль сверхновых звезд?
По правде говоря, они играют важную роль в химическом развитии галактик и всей Вселенной.
Не стоит забывать, что всю свою жизнь, а это тысячи лет, внутри светила происходят ядерные реакции. За это время в нём накапливаются продукты термоядерного синтеза.
Сейчас нам известно, что когда взрывается звёздный объект, в пространство выделяется вещество и энергия. То есть, всё, что было накоплено, как бы, растворяется вокруг. В результате происходит обогащение области на химические элементы. Что, собственно, ведёт к эволюции нашей Вселенной.
Космосмическое пространство
Наконец, значение максимум светимости светила SN можно применять как стандартную свечу. То есть рассчитывать расстояния между космическими объектами. Более того, сейчас благодаря новейшим телескопам стало возможно наблюдать сверхновые звезды соседних галактик. А это, бесспорно, большой прорыв в изучении и исследовании Вселенной.
Сверхновые звезды
Сверхно́вые звёзды — звёзды, заканчивающие свою эволюцию в катастрофическом взрывном процессе.
Термином «сверхновые» были названы звёзды, которые вспыхивали гораздо (на порядки) сильнее так называемых «новых звёзд». На самом деле, ни те, ни другие физически новыми не являются, всегда вспыхивают уже существующие звёзды. Но в нескольких исторических случаях вспыхивали те звёзды, которые ранее были на небе практически или полностью не видны, что и создавало эффект появления новой звезды. Тип сверхновой определяется по наличию в спектре вспышки линий водорода. Если он есть, значит сверхновая II типа, если нет — то I типа.
Содержание
Физика сверхновых звёзд
Сверхновые II типа
По современным представлениям, термоядерный синтез приводит со временем к обогащению состава внутренних областей звезды тяжёлыми элементами. В процессе термоядерного синтеза и образования тяжёлых элементов звезда сжимается, а температура в её центре растёт. (Эффект отрицательной теплоёмкости гравитирующего невырожденного вещества.) Если масса ядра звезды достаточно велика (от 1,2 до 1,5 масс Солнца), то процесс термоядерного синтеза доходит до логического завершения с образованием ядер железа и никеля. Внутри кремниевой оболочки начинает формироваться железное ядро. Такое ядро вырастает за сутки и коллапсирует менее, чем за 1 секунду, как только достигнет чандрасекаровского предела. Для ядра этот предел составляет от 1,2 до 1,5 массы Солнца. Вещество падает внутрь звезды, причём отталкивание электронов не может остановить падения. Центральное ядро сжимается все сильнее, и в некоторый момент из-за давления в нём начинают идти реакции нейтронизации — протоны начинают поглощать электроны, превращаясь в нейтроны. Это вызывает быструю потерю энергии, уносимой образующимися нейтрино (т.н. нейтринное охлаждение). Вещество продолжает разгоняться, падать и сжиматься до тех пор, пока не начинает сказываться отталкивание между нуклонами атомного ядра (протонами, нейтронами). Строго говоря, сжатие происходит даже более этого предела: падающее вещество по инерции превосходит точку равновесия из-за упругости нуклонов на 50% («максимальное стискивание»). Процесс коллапса центрального ядра настолько быстр, что вокруг него образуется волна разрежения. Тогда вслед за ядром к центру звезды устремляется и оболочка. После этого «сжатый резиновый мяч отдаёт назад», и ударная волна выходит во внешние слои звезды со скоростью от 30000 до 50000 км/с. Внешние части звезды разлетаются во все стороны, а в центре взорвавшейся области остаётся компактная нейтронная звезда или чёрная дыра. Это явление называется взрывом сверхновой II типа. Взрывы эти различны по мощности и другим параметрам, т.к. взрываются звёзды различной массы и различного химического состава. Есть данные, что при взрыве сверхновой II типа энергии выделяется не многим больше, чем при взрыве I типа, т.к. пропорциональная часть энергии поглощается оболочкой, но, возможно, что это не всегда так.
Сверхновые типа Ia
Несколько другим выглядит механизм вспышек сверхновых звёзд типа Іа (SN Ia). Это так называемая термоядерная сверхновая, в основе механизма взрыва которой лежит процесс термоядерного синтеза в плотном углеродно-кислородном ядре звезды. Предшественниками SN Ia являются белые карлики с массой, близкой к пределу Чандрасекара. Принято считать, что такие звезды могут образовываться при перетекании вещества от второй компоненты двойной звёздной системы. Это происходит, если вторая звезда системы выходит за пределы своей полости Роша или относится к классу звёзд со сверхинтенсивным звёздным ветром. При увеличении массы белого карлика постепенно увеличивается его плотность и температура. Наконец, при достижении температуры порядка 3×10 8 K, возникают условия для термоядерного поджигания углеродно-кислородной смеси. От центра к внешним слоям начинает распространяться фронт горения, оставляя за собой продукты горения — ядра группы железа. Распространение фронта горения происходит в медленном дефлаграционном режиме и является неустойчивым к различным видам возмущений. Наибольшее значение имеет Релей-Тейлоровская неустойчивость, которая возникает из-за действия архимедовой силы на лёгкие и менее плотные продукты горения, по сравнению с плотной углеродно-кислородной оболочкой. Начинаются интенсивные крупномасштабные конвективные процессы, приводящие к ещё большему усилению термоядерных реакций и выделению необходимой для сброса оболочки сверхновой энергии (
10 51 эрг). Скорость фронта горения увеличивается, возможна турбулизация пламени и образование ударной волны во внешних слоях звезды.
Другие типы сверхновых
Существуют также SN Ib и Ic, предшественниками которых являются массивные звезды в двойных системах, в отличие от SN II, предшественниками которых являются одиночные звезды.
Теория сверхновых
Законченной теории сверхновых звёзд пока не существует. Все предлагаемые модели являются упрощёнными и имеют свободные параметры, которые необходимо настраивать для получения необходимой картины взрыва. В настоящее время в численных моделях невозможно учесть все физические процессы, происходящие в звёздах и имеющие значение для развития вспышки. Законченной теории звёздной эволюции также не существует.
Заметим, что предшественником известной сверхновой SN 1987A, отнесённой ко второму типу, является голубой сверхгигант, а не красный, как предполагалось до 1987 года в моделях SN II. Также, вероятно, в её остатке отсутствует компактный объект типа нейтронной звезды или чёрной дыры, что видно из наблюдений.
Место сверхновых во Вселенной
Согласно многочисленным исследованиям, после рождения Вселенной, она была заполнена только лёгкими веществами — водородом и гелием. Все остальные химические элементы могли образоваться только в процессе горения звёзд. Это означает, что наша планета (и мы с вами) состоим из вещества, образовавшегося в недрах доисторических звезд и выброшенного когда-то во взрывах сверхновых.
Наблюдения сверхновых звёзд
Для обозначения сверхновых астрономы используют следующую систему: сначала записываются буквы SN (от латинского SuperNova), затем год открытия, а затем латинскими буквами — порядковый номер сверхновой в году. Например, SN 1997cj обозначает сверхновую звезду, открытую 26 * 3 (c) + 10 (j) = 88-ой по счету в 1997 году.
История сверхновых – фейерверков нашей Галактики!
Когда я убедил себя, что ни одна звезда подобного типа ранее не сияла, я пришёл в такое недоумение из-за неправдоподобности случившегося, что стал сомневаться в собственных глазах.
— Тихо Браге
Когда мы смотрим на галактики, разбросанные по Вселенной, мы видим, что периодически – примерно раз в столетие – яркая звезда так сильно разгорается, что на некоторое время может затмить всю остальную галактику!
Это, конечно же, не яркость звезды увеличивается – это самые атомы, составляющие звезду, вовлекаются в неконтролируемую реакцию ядерного синтеза, и приводят к печально известному явлению по имени сверхновая!
То же самое было и с предыдущей, SN 1572.
Не представляющие ничего особенного на вид, сверхгорячие остатки взорвавшейся звезды разбросало в космос с умопомрачительными скоростями в тысячи километров в секунду, и они были настолько горячими, что испускали рентгеновское излучение! Ещё там есть пыль, распространённая по всей галактике, и она нагревается от взрыва сверхновой – именно это и светится в инфракрасном диапазоне.
Последняя сверхновая до этого? Придётся вернуться аж до 1181 года, и мы до сих пор не уверены, что нашли её останки. Но мы точно нашли ту, что наблюдали до этого: SN 1054.
Эти остатки, как можно заметить, выглядят совершенно не так, как предыдущие, и тому есть причина: это сверхновая совершенно другого типа! Крабовидная туманность, также известная, как Мессье 1, не была образована слишком массивным белым карликом, а появилась из-за сверхмассивной звезды, сжёгшей всё своё топливо и погибшей в коллапсе ядра, что привело к выбросу материи на десятки солнечных масс!
Коллапс ядра этой звезды создал пульсар. Пульсары – одни из самых удивительных часов Вселенной, их превосходят по точности лишь атомные часы на Земле!
До этого была самая яркая из всех зафиксированных на Земле сверхновых в 1006-м.
К этому моменту вы уже должны сообразить, что когда-то это был белый карлик, а не сверхмассивная звезда. Через 1000 лет пузырь, созданный взрывом, разросся до размеров в несколько световых лет, и если бы наша звезда так рванула, то край пузыря уже был бы на полпути к Альфа Центавра!
Глядя на рентгеновское изображение 2000 лет спустя, можно сказать, что это был белый карлик, а не сверхмассивная звезда.
Но рассматривая эти изображения, я подумал: насколько интересно будет изучить эти остатки только лишь в видимом свете, будто бы фотографии космических фейерверков в ускоренной съёмке? Давайте посмотрим.
Через почти 2000 лет, у остатков сверхновой RCW 86 (от сверхновой 185 года) в видимом диапазоне всё ещё заметен внешний контур пузыря (красное, вверху). Как и у последней стадии фейерверка, это последняя часть, которую будет видно человеческим взглядом (голубое – это рентгеновский газ).
Но, оказывается, тысяча лет мало что меняют.
Сверхновая 1006 еле различима в видимом свете, видна лишь тонкая полоска и очень тусклый газ по внешнему контуру (и конечно, все остальные звёзды!). Но сверхновая 1054, о которой мы говорили, как об остатках сверхмассивной звезды, а не белого карлика, представляет собой совершенно другое.
Помните то великолепное изображение Крабовидной туманности, которое я вам показывал? Это фотография исключительно в видимом свете! Внешние слои газа, богатого самыми лёгкими из тяжёлых элементов – кислородом, углеродом, азотом – создают красивые и контрастные цвета в туманности, когда они перегреваются и разбрызгиваются по межзвёздному пространству.
Но фотографии, сделанные на множестве других длин волн, могут рассказать нам гораздо больше, как вы можете видеть — от ярких источников рентгеновского излучения в ядре звёзд до тёплой пыли, наблюдаемой в инфракрасные телескопы. В случае Крабовидной туманности, видимый свет, тем не менее, много о чём может рассказать, благодаря большому количеству газа и пыли, а также энергии, вышедшей вместе с ними.
Сверхновая 1572, у которой почти не было газа и пыли, представляет собой другой случай.
Ведь должны же были найти остатки солнцеподобной звезды, взорванной её компаньоном, превратившимся в сверхновую порядка 500 лет назад? Ни следа.
Так что варианты бывают разные, и отличным примером будет сверхновая 1604 года.
Ни полоска, ни пузырь, а лишь небольшой район, где из остатков видно немного светящегося газа.
Не хватает лишь снимков сверхмассивного взрыва, где горячая видимая пыль была сметена. Как бы он выглядел?
С 1604 года у нас в Галактике не случалось сверхновых, видимых с Земли невооружённым глазом. Но в конце 17-го века появилась одна сверхновая, и хотя в оптическом диапазоне её остатки еле видны, она представляет собой самый громкий источник в радиодиапазоне в нашей галактике: Кассиопея А!
Она расположена в 11 000 световых годах от нас, размер её остатков уже занял 10 световых лет в поперечнике — она выросла больше, чем Крабовидная туманность, при этом росла в три раза меньшее время! Раз уж это самый сильный радиоисточник, то там наверно должна быть какая-то фантастическая нейтронная звезда или чёрная дыра.
Но я хотел показать вам фейерверк.
На следующем фото — не визуализация и не симуляция. Несравненный телескоп им. Хаббла сделал отличную фотографию с длинной выдержкой, запечатлевшую видимый свет от остатков сверхновой, который нужно посмотреть, чтобы понять, почему я называю эти взрывы «космическими фейерверками».
Это потрясающе! Если у вас есть время, рекомендую поиграться с крупномасштабной версией фотографии. Я решил показать вам её по частям и прокомментировать наиболее интересные её фрагменты.
Обратимся к пузырю.
Теперь посмотрим на трёхслойную структуру поверх пузыря. Обратите внимание на небольшие «колонны», некоторые регионы, в которых плотность материи выше, чем у других.
А теперь увеличим зеленоватую область.
Надеюсь, вам понравились фейерверки! Слишком много времени прошло с момента появления сверхновой в нашей Галактике. Увидим ли мы новую при нашей жизни? Как заключает граф Монте-Кристо:
Вся человеческая мудрость содержится в двух словах: ждать и надеяться.
Сверхновая
Сверхно́вые звёзды — звёзды, заканчивающие свою эволюцию в катастрофическом взрывном процессе.
Термином «сверхновые» были названы звёзды, которые вспыхивали гораздо (на порядки) сильнее так называемых «новых звёзд». На самом деле, ни те, ни другие физически новыми не являются, всегда вспыхивают уже существующие звёзды. Но в нескольких исторических случаях вспыхивали те звёзды, которые ранее были на небе практически или полностью не видны, что и создавало эффект появления новой звезды. Тип сверхновой определяется по наличию в спектре вспышки линий водорода. Если он есть, значит сверхновая II типа, если нет — то I типа.
Содержание
Физика сверхновых звёзд
Сверхновые II типа
По современным представлениям, термоядерный синтез приводит со временем к обогащению состава внутренних областей звезды тяжёлыми элементами. В процессе термоядерного синтеза и образования тяжёлых элементов звезда сжимается, а температура в её центре растёт. (Эффект отрицательной теплоёмкости гравитирующего невырожденного вещества.) Если масса ядра звезды достаточно велика (от 1,2 до 1,5 масс Солнца), то процесс термоядерного синтеза доходит до логического завершения с образованием ядер железа и никеля. Внутри кремниевой оболочки начинает формироваться железное ядро. Такое ядро вырастает за сутки и коллапсирует менее, чем за 1 секунду, как только достигнет чандрасекаровского предела. Для ядра этот предел составляет от 1,2 до 1,5 массы Солнца. Вещество падает внутрь звезды, причём отталкивание электронов не может остановить падения. Центральное ядро сжимается все сильнее, и в некоторый момент из-за давления в нём начинают идти реакции нейтронизации — протоны начинают поглощать электроны, превращаясь в нейтроны. Это вызывает быструю потерю энергии, уносимой образующимися нейтрино (т.н. нейтринное охлаждение). Вещество продолжает разгоняться, падать и сжиматься до тех пор, пока не начинает сказываться отталкивание между нуклонами атомного ядра (протонами, нейтронами). Строго говоря, сжатие происходит даже более этого предела: падающее вещество по инерции превосходит точку равновесия из-за упругости нуклонов на 50% («максимальное стискивание»). Процесс коллапса центрального ядра настолько быстр, что вокруг него образуется волна разрежения. Тогда вслед за ядром к центру звезды устремляется и оболочка. После этого «сжатый резиновый мяч отдаёт назад», и ударная волна выходит во внешние слои звезды со скоростью от 30000 до 50000 км/с. Внешние части звезды разлетаются во все стороны, а в центре взорвавшейся области остаётся компактная нейтронная звезда или чёрная дыра. Это явление называется взрывом сверхновой II типа. Взрывы эти различны по мощности и другим параметрам, т.к. взрываются звёзды различной массы и различного химического состава. Есть данные, что при взрыве сверхновой II типа энергии выделяется не многим больше, чем при взрыве I типа, т.к. пропорциональная часть энергии поглощается оболочкой, но, возможно, что это не всегда так.
Сверхновые типа Ia
Несколько другим выглядит механизм вспышек сверхновых звёзд типа Іа (SN Ia). Это так называемая термоядерная сверхновая, в основе механизма взрыва которой лежит процесс термоядерного синтеза в плотном углеродно-кислородном ядре звезды. Предшественниками SN Ia являются белые карлики с массой, близкой к пределу Чандрасекара. Принято считать, что такие звезды могут образовываться при перетекании вещества от второй компоненты двойной звёздной системы. Это происходит, если вторая звезда системы выходит за пределы своей полости Роша или относится к классу звёзд со сверхинтенсивным звёздным ветром. При увеличении массы белого карлика постепенно увеличивается его плотность и температура. Наконец, при достижении температуры порядка 3×10 8 K, возникают условия для термоядерного поджигания углеродно-кислородной смеси. От центра к внешним слоям начинает распространяться фронт горения, оставляя за собой продукты горения — ядра группы железа. Распространение фронта горения происходит в медленном дефлаграционном режиме и является неустойчивым к различным видам возмущений. Наибольшее значение имеет Релей-Тейлоровская неустойчивость, которая возникает из-за действия архимедовой силы на лёгкие и менее плотные продукты горения, по сравнению с плотной углеродно-кислородной оболочкой. Начинаются интенсивные крупномасштабные конвективные процессы, приводящие к ещё большему усилению термоядерных реакций и выделению необходимой для сброса оболочки сверхновой энергии (
10 51 эрг). Скорость фронта горения увеличивается, возможна турбулизация пламени и образование ударной волны во внешних слоях звезды.
Другие типы сверхновых
Существуют также SN Ib и Ic, предшественниками которых являются массивные звезды в двойных системах, в отличие от SN II, предшественниками которых являются одиночные звезды.
Теория сверхновых
Законченной теории сверхновых звёзд пока не существует. Все предлагаемые модели являются упрощёнными и имеют свободные параметры, которые необходимо настраивать для получения необходимой картины взрыва. В настоящее время в численных моделях невозможно учесть все физические процессы, происходящие в звёздах и имеющие значение для развития вспышки. Законченной теории звёздной эволюции также не существует.
Заметим, что предшественником известной сверхновой SN 1987A, отнесённой ко второму типу, является голубой сверхгигант, а не красный, как предполагалось до 1987 года в моделях SN II. Также, вероятно, в её остатке отсутствует компактный объект типа нейтронной звезды или чёрной дыры, что видно из наблюдений.
Место сверхновых во Вселенной
Согласно многочисленным исследованиям, после рождения Вселенной, она была заполнена только лёгкими веществами — водородом и гелием. Все остальные химические элементы могли образоваться только в процессе горения звёзд. Это означает, что наша планета (и мы с вами) состоим из вещества, образовавшегося в недрах доисторических звезд и выброшенного когда-то во взрывах сверхновых.
Наблюдения сверхновых звёзд
Для обозначения сверхновых астрономы используют следующую систему: сначала записываются буквы SN (от латинского SuperNova), затем год открытия, а затем латинскими буквами — порядковый номер сверхновой в году. Например, SN 1997cj обозначает сверхновую звезду, открытую 26 * 3 (c) + 10 (j) = 88-ой по счету в 1997 году.