Что такое сверхновая: определение и астрономические факты
Доброго здравия, друзья!
А вы знаете что такое сверхновая? Давайте поговорим об этом.
В прошлом веке ученые находили не более тридцати сверхновых в год.
И уже сейчас создаются и постоянно обновляются карты звездного ночного неба, показывающие до сотен тысяч наблюдаемых сверхновых.
Изучение таких объектов позволяет узнать о механизмах термоядерного взрыва и накопить знания о том, как устроена гравитация.
Вам необходимо знать ответ на вопрос «Что такое сверхновая?» и почему они действительно старые.
Что такое сверхновая? Определение и астрономические факты
Вопрос о том, что такое сверхновая, не всегда был простым.
Первоначально наблюдаемые звездные вспышки, звездные ожоги или звездные взрывы назывались новыми, так как считалось, что это рождение новых звезд, наблюдаемых на ночном небе.
Но на самом деле именно тогда происходит вспышка сверхновой.
Когда звезды горят, это напоминает обрушение земли в фильмах об Армагеддоне.
Современная астрономия началась с Тихо Браге (Tycho Brahe), который в 1572 году открыл знаменитую сверхновую в созвездии Кассиопеи.
Ее видимая величина достигала -4, почти как у Венеры.
Однако в XIX веке в соседней с нами галактике М31 была открыта новая звезда S Андромеды.
А в XX веке астрофизики Вальтер Бааде (Walter Baade) и Фриц Цвик (Fritz Zwick) поняли, что эта звезда имеет гораздо более высокую энергию выброса, чем обычные новые, которые открываются чаще.
Термин «сверхновая» появился после открытия нейтрона и нейтронных звёзд, когда было замечено, что образование нейтронных звёзд связано со сверхновыми.
При вспышке новой настоящей сверхновой взрывается не молодая, а очень старая звезда, так называемый белый карлик.
Во время этой вспышки углеродно-кислородный белый карлик светит примерно в 100 000 раз сильнее Солнца в течение недели.
Светоотдача сверхновой примерно в миллиард или даже в 10 миллиардов раз превышает солнечную.
Поэтому ученые пришли к выводу, что звезда, открытая Тихо Браге, является сверхновой.
Тем не менее, первой зарегистрированной исторической сверхновой является Крабовидная туманность.
Крабовидная туманность — остаток сверхновой, обнаруженный в 1731 году Джоном Бевисом (John Bevis).
Крабовидная туманность соответствует яркой сверхновой, обнаруженной в 1054 году китайскими астрономами.
Последней наблюдаемой сверхновой в Галактике Млечный Путь является «SN1604».
Хотя в нашей собственной галактике Млечный Путь и в других галактиках есть много сверхновых, их трудно обнаружить в ночном небе без специальных инструментов.
Но с такими передовыми инструментами, как телескоп НАСА «Чандра» и космический телескоп «Хаббл», стало возможным делать фотографии более поздних сверхновых, неудавшихся сверхновых и даже остатков сверхновых Крабовидной туманности.
Кстати, телескоп НАСА «Чандра» обнаружил не только сверхновые с коллапсом ядра, но и черные дыры.
Какие типы звезд заканчивают свою жизнь сверхновыми?
Теперь, когда мы знаем, что такое сверхновая, давайте посмотрим на связанные с ними звезды (массивные звезды, приглашенные звезды, звезды-компаньоны, звезды-белые карлики).
Сверхновые считаются относительно старыми звездами, которые заканчивают свой жизненный цикл, потому что превращаются либо в нейтронную звезду, либо в черную дыру, а некоторые взрываются без остатка.
Таким образом, слово «сверхновая» означает сверхмощный, сверхмощнейший взрыв, а не то, что это «свежеиспеченная» звезда.
В Млечном Пути около 100 миллиардов звезд, большинство из которых слабее нашего Солнца и заканчивают свою жизнь относительно тихо.
Примерно одна звезда умирает в год, а где-то раз-два в столетие какие-то звезды взрываются.
В нашей Галактике мы не видели взрывов со времен сверхновой Кеплера, открытой после сверхновой Тихо Браге.
Это потому, что мы живем на краю диска галактики и не видим далеких звезд, но мы наблюдаем дюжину взрывов сверхновых в некоторых соседних галактиках.
Сравнивая их размеры, свойства и массы с характеристиками звезд Млечного Пути, мы понимаем, что примерно одна из 100 или 50 звезд взрывается.
Какие бывают типы сверхновых?
Существует несколько основных типов сверхновых, наиболее распространенными из которых являются сверхновые типа II, сверхновые типа ia и сверхновые типа ib.
Сверхновые II типа образуются, когда массивные звезды коллапсируют и умирают.
Для сверхновых II типа взорвавшаяся звезда должна иметь достаточную массу или быть почти в 10 раз больше массы Солнца.
В то же время массивные звезды не должны быть в 40-50 раз больше массы Солнца.
Коллапс ядра сверхновой типа II является результатом внешнего толчка, исходящего от железного ядра к внешним слоям.
У сверхновой II типа внешние слои достигают скорости 70 000 км/с, а масса ядра нагревается.
Тепло создает давление и производит гамма-лучи высокой энергии, которые разлагают железное ядро, и звезды подвергаются коллапсу ядра, высвобождая тяжелые элементы.
Сверхновая II типа встречается чаще всего, так как это яркая сверхновая, и ее светимость остается стабильной в течение нескольких месяцев.
Сверхновые типа ia возникают в двойных системах, когда хотя бы одна из взорвавшихся звезд является белым карликом и звезда внезапно коллапсирует.
В сверхновых типа ia другая звезда рядом с белыми карликами может быть массивной звездой, но они создают две противоположные силы сверхновых этого типа.
Когда у сверхновых типа ia взрываются яркие звезды и происходит коллапс ядра, можно определить, насколько они удалены от наблюдателя, и даже проверить свойства темной энергии.
Таким образом, сверхновые типа ia вносят свой вклад в изучение темной энергии.
Сверхновые типа Ib возникают, когда массивная звезда коллапсирует, а взрыв звезды происходит из-за гравитации звезды, когда у звезды заканчивается ядерное топливо.
В сверхновых типа Ib также происходит коллапс ядра массивных звезд, когда более тяжелые элементы под действием собственной гравитации яркой звезды отталкиваются наружу, и взрывная волна ударяет по всей звезде.
Как образуется сверхновая?
Существуют признаки, указывающие на образование сверхновых:
- Масса одиночной звезды. Каждая звезда с массой, превышающей солнечную в 10-15 раз, неизбежно потеряет устойчивость и взорвется как сверхновая. Однако есть и другой сценарий, когда сверхмассивная звезда может уйти в черную дыру при относительно слабой вспышке;
- Двойственность звезды и тип звезды-компаньона. Если звезды-белые карлики, которые малы по размеру, но не очень малы по массе, потому что чем они массивнее, тем меньше их размер, соединяются со звездами-компаньонами, еще более слабыми, чем наше Солнце (имеют массы меньше солнечных, поэтому им не хватает массы) или с другим белым карликом, они неизбежно сольются и дадут мощный термоядерный взрыв.
Взрыв сверхновой делится на два типа:
- Коллапсирующие сверхновые (сверхновые с коллапсом ядра), которые помимо света дают гораздо более мощный поток нейтрино;
- Те, которые дают термоядерные взрывы с последующим ядерным горением звезды и огромными ударными волнами.
Знаменитые сверхновые звезды Тихо Браге и Кеплера являются термоядерными.
Мы знаем это из спектра, который японские и немецкие ученые смогли получить более чем через 400 лет после взрыва сверхновой Тихо Браге.
Они проанализировали вспышку сверхновой, которая осветила какую-то пылевую туманность, разбросанную по всему миру, и нашли четкий спектр термоядерной сверхновой.
Как выглядит сверхновая?
Феномен сверхновой характеризуется увеличением яркости звезды на 4-8 порядков и ее медленным распадом, а также большим выделением энергии при взрыве звезды.
Однако раз их регистрация осуществляется на местах, значит, все кончено.
Взрыв сверхновой — это большой выброс радиации, аналогичный сжиганию ядерного топлива.
И это сильно влияет на нашу жизнь, галактику Млечный Путь и другие галактики.
Согласно правилам Министерства по чрезвычайным ситуациям, значение, в 10 раз превышающее норму на радиометре, является критическим для жизни.
А вот в самолете на высоте 10 километров над уровнем моря где-то в Канаде (или где-то рядом с магнитными полюсами) фон в 20-50 раз больше.
Это причина космических лучей, которые рождают сверхновые звезды.
Это также является источником радиоактивных элементов.
Как долго длится сверхновая?
Когда звезда подвергается взрыву сверхновой, ее ядро разрушается, и звезда умирает.
Это длится в течение короткого периода времени (приблизительно 100 секунд).
Эти данные опровергаются анализом кривых блеска (как меняется яркость сверхновой во времени) с учетом типов сверхновых.
Сверхновые, возникающие в результате падения вещества белого карлика, обычно ярче, но и быстро тускнеют (пик яркости может длиться до нескольких дней).
Для сверхновых, образовавшихся в результате коллапса ядра массивной звезды, характерно наличие плато яркости (пик может длиться до нескольких месяцев).
Насколько ярки сверхновые?
Максимальная яркость сверхновых рассчитывается с использованием физики и массы умирающей звезды.
Это значение различно для разных случаев.
Сверхновые настолько яркие, что если сравнить правую сверхновую на расстоянии 10 парсек со звездой Сириус, то первая будет в 1,5*107 ярче.
Чтобы рассчитать яркость сверхновой, необходимо измерить спектр сверхновой.
Для расчета расстояния необходимо измерить спектр за несколько дней.
Сами по себе сверхновые плавно становятся ярче до -19 по абсолютной яркости, а затем ослабевают.
В абсолютном выражении эта яркость составляет около -19, но вы заметите, что они выглядят намного тусклее, потому что сверхновая находится так далеко.
Что происходит после взрыва сверхновой?
После сверхновой возможно следующее:
- Компактный остаток (остатки сверхновой), такой как пульсар или черная дыра;
- Расширяющаяся внешняя ударная волна;
- Вторичные волны, распространяющиеся в межзвездной среде и в плотном излучении сверхновых.
Поэтому в общем виде будет наблюдаться картина, когда фронт внешней ударной волны разогревается до температур Т_с> = 10^7 К и излучает в рентгеновском диапазоне с энергией фотонов 0,1 — 20 кэВ, а газ на переднюю часть перевернутой решетки образует другую область рентгеновского излучения.
Присутствует также тепловое излучение, о чем свидетельствуют линии высокоионизированных Fe, Si, S в полученных спектрах.
Если у вас остались вопросы или вы хотите оставить комментарий по этой статье - напишите его в разделе комментариев ниже.
До скорых встреч! Заходите!
Комментарии к этой статье:
Из обилия слов автора, я не понял: почему взрываются звёзды и почему они становятся сверхновыми?