Что значит сверхновая звезда
Сверхновая звезда
История наблюдений за сверхновыми звездами
Различные цивилизации регистрировали сверхновые задолго до изобретения телескопа. Самая старая зарегистрированная сверхновая – RCW 86, которую китайские астрономы видели в 185 году нашей эры. Их записи показывают, что эта звезда оставалась на небе в течение 8 месяцев. До начала 17 века (когда появились телескопы) было зафиксировано всего 7 сверхновых.
Крабовидная туманность как остаток сверхновой SN 1054
В современную эпоху одной из наиболее известных сверхновых была SN 1987A 1987 года рождения, которая до сих пор изучается астрономами. Они могут видеть, как развивается сверхновая в первые несколько десятилетий после взрыва.
Звездная смерть
В среднем сверхновая будет возникать примерно раз в 50 лет в галактике размером с Млечный путь. Иными словами, где-то во Вселенной каждую секунду или около того взрывается звезда, и некоторые из них находятся не слишком далеко от Земли.
То, как именно умирает звезда, отчасти зависит от ее массы. Нашему Солнцу, например, не хватает массы, чтобы взорваться как сверхновая. Вместо этого, через пару миллиардов лет, оно раздуется в красного гиганта, поглотит ближайшие планеты, а потом превратится в белого карлика. Но при правильном количестве массы звезда может сгореть в огненном взрыве.
Классификация сверхновых
Звезда может стать сверхновой одним из двух способов:
Тип I
Они происходят из двойных звездных систем, в которых углеродно-кислородный белый карлик притягивает к себе материю от своего компаньона (аккреция). При таком сценарии на белом карлике скапливается столько массы, что его ядро достигает критической плотности 2 х 10 9 г/см³. Этого достаточно, чтобы привести к неконтролируемому слиянию углерода и кислорода, что приведет к детонации звезды.
Тип II
Чтобы звезда взорвалась как сверхновая второго типа, она должна быть в несколько раз массивнее Солнца (по оценкам, от 8 до 15 солнечных масс). Как и у Солнца, у неё в конечном итоге закончится водород, а затем гелиевое топливо в её ядре. Однако у такой звезды будет достаточно массы и давления, чтобы плавить углерод. Вот что происходит дальше:
То, что осталось – сверхплотный объект, называемый нейтронной звездой. Это объект размером с город, который может иметь массы больше нашего Солнца.
Звезды, намного более массивные, чем Солнце (около 20-30 солнечных масс), не могут взорваться как сверхновые, считают астрономы. Вместо этого они коллапсируют, образуя черные дыры.
В 2018 года учёными были озвучены данные о возможном открытии в ходе своих наблюдений нового, до сих пор неизученного, третьего типа сверхновых. Во время этих наблюдений, были зафиксированы 72 кратковременные вспышки с температурой от 10 до 30 тыс.°C и размерами от нескольких единиц до нескольких сотен а. е. Основная особенность этих космических событий заключается в их относительной кратковременности — всего несколько недель, а не несколько месяцев как у обычных сверхновых.
Что же такое загадочная сверхновая звезда?
В ночном небе вдруг вспыхивает ослепительно яркая звезда — ее не было всего несколько часов назад, но сейчас она горит как маяк.
Сверхновые могут кратковременно затмевать целые галактики и излучать больше энергии, чем наше Солнце выработает за всю свою жизнь. Они также являются основным источником тяжелых элементов во Вселенной. Согласно НАСА, сверхновые являются «самым большим взрывом, который может произойти в космосе».
История наблюдений сверхновых
Различные цивилизации описывали сверхновые еще задолго до того, как был изобретен телескоп. Самая ранняя зарегистрированная сверхновая — RCW 86. Китайские астрономы наблюдали ее в 185 году нашей эры. Их записи показывают, что эта «новая звезда» оставалась на небе в течение восьми месяцев.
До начала 17 века, до того как стали доступны телескопы, по данным Британской энциклопедии было зарегистрировано семь сверхновых звезд.
Термин «сверхновая» не использовался до 1930-х годов. Первым его использовали Уолтер Бааде и Фриц Цвикки из Обсерватории Маунт-Вильсон, в связи со взрывоподобным событием, которое они наблюдали, названным S Andromedae (также известным как SN 1885A). Это событие произошло в галактике Андромеда. Они предположили, что сверхновые возникают, когда обычные звезды сталкиваются с нейтронными.
Одна из самых известных сверхновых — SN 1987A. Это случилось в 1987 году, и это событие все еще изучается астрономами, потому что они могут наблюдать, как сверхновая эволюционирует в первые несколько десятилетий после взрыва.
Смерть звезды
В среднем, сверхновая будет происходить примерно раз в 50 лет в галактике размером с Млечный Путь. Иными словами, звезда взрывается каждую секунду или близко в этому где-то во Вселенной, и поэтому многие из них находятся очень далеко от Земли. Около 10 миллионов лет назад кластер сверхновых создал «местный пузырь», размерами в 300 световых лет, область газа в межзвездной среде, которая окружает Солнечную систему.
Звезда может стать сверхновой в одном из двух случаях:
Сверхновые типа II
Давайте сначала рассмотрим более захватывающий тип сверхновой — II. Для того, чтобы звезда взорвалась как сверхновая II типа, она должна быть в несколько раз более массивной, чем Солнце (оценки говорят о массах от 8 до 15 солнечных). Подобно Солнцу, в ней будет гореть водород, а затем гелий. У нее также будет достаточно массы и давления, чтобы синтезировать углерод. Вот что будет дальше:
На месте взрыва остается сверхплотный объект, называемый нейтронной звездой, размером с город, который может содержать массу Солнца в небольшом пространстве.
Существуют подкатегории сверхновых типа II, классифицированные по их кривым блеска. Свет сверхновых типа II-L неуклонно снижается после взрыва, в то время как свет типа II-P остается устойчивым на некоторое время прежде, чем уменьшиться.Оба типа имеют линию водорода в спектрах.
Астрономы считают, что звезды, гораздо более массивные, чем Солнце (около 20-30 солнечных масс), не могут взорваться как сверхновая. Вместо этого они разрушаются, образуя черные дыры.
Сверхновые типа I
У сверхновых типа I отсутствует линия водорода в их спектрах.
Астрономы используют сверхновые типа Ia для измерения космических расстояний, потому что, как считается, они пылают с одинаковой яркостью на своих пиках.
Сверхновые типа Ib и Ic также претерпевают крах ядра, как и сверхновые типа II, но теряют при этом большую часть своих внешних оболочек из водорода.
Что ученые подразумевают под термином «Супернова»?
Произошёл бы резкий выброс радиации, который сожжёт озоновый слой атмосферы. Единственный выход человечества будет в укрытии под землей. Там можно будет спастись от мощного выброса рентгеновских лучей, которые ударят по поверхности, и уничтожит всю пищевую цепочку, а это послужит вымиранию всего живого.
В течение жизни звезды существует баланс между гравитацией направленной внутрь и давлением направленным наружу. Если звезда генерирует энергию, то проблем нет, но когда этот процесс прекращается, давление исчезает и гравитация побеждает. Гравитация начинает разрушать центр звезды. Внешние слои звезды выталкиваются наружу. Возникает огромный шар наполненый газом. Его называют Красным Гигантом.
Через 4.5-5 миллиарда лет, когда наше Солнце начнет умирать, его корона достигнет Марса. Хотя внешние слои расширяются, в центре солнца гравитация вызывает противоположный эффект под ее воздействием ядро солнца уменьшится в миллион раз (до размеров Земли).Теперь это плотный шар состоящий из кислорода и углерода. Его называют Белым Карликом. Это будет означать конец нашей солнечной системе. Газ, испускаемый, умирающей звездой постепенно рассеется, но крошечный Белый Карлик будет гореть еще миллиарды лет.
Однако наша солнечная система уникальна тем, что в ней имеется лишь одна звезда. В то время как подавляюще большинство звезд вращаются по орбите другой звезды. Когда одна из двух звезд погибает и превращается в Белого Карлика, то она начинает красть вещество у второй звезды. Ели та находится достаточно близко. По мере того как Белый Карлик высасывает у своей спутнице все больше и больше топлива он становится все более тяжелым, плотным и все менее стабильным. Внутри вот-вот соединятся атомы углерода и кислорода. Белый Карлик чем-то подобен шашке динамита, которая все ждет, когда бы ее зажгли.
Когда углерод и кислород начинают превращаться в железо можно с уверенностью сказать, что звезда обречена.
Внезапно Белый Карлик начнет сжиматься. В ядерном взрыве Белого Карлика помимо других веществ также задействован огромный объём железа. Фактически супернова типа 1А выбрасывает во Вселенную элементы, которые жизненно необходимы для нас.
Супернова типа 1А выстреливают на триллионы километров в пространство космоса. Именно так образовывается большая часть космического железа.
1.Astrophysics Echo from an ancient supernova
Nature News and Views (04 Dec 2008)
2.On Deep-Ocean Fe-60 as a Fossil of a Near-Earth Supernova
Brian D. Fields, John Ellis
3.What is a Supernova Explosion (SNe)?(NASA,GSFC)
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.
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.