Координаты чудес. Как сверхновые осветили путь к современной астрофизике
Около 10 лет назад я вторично начал вести блог в «Живом журнале» (и вел его около полутора лет). Там я пробовал писать, в том числе, на научно-популярные, философские и религиозные темы и, в частности, о высоком Средневековье (в тот период я читал и перечитывал Жака ле Гоффа, Анри де Любака, Нормана Дэвиса и Йохана Хёйзингу). XV-XVI века в истории Европы интересовали меня как «самая долгая ночь перед рассветом» в истории Западной цивилизации, когда на встречных курсах шли распад единой католической ойкумены, стремительная кристаллизация естественнонаучной картины мира на индийском и исламском субстрате, расширение географии – и все это в условиях жестокого религиозного мракобесия. Бушевавшая в XIV-XVII веках серия эпидемий чумы массово выкосила образованных клириков (ведь именно священники оказались в эпицентре антисанитарии и скученности, целования зачумленных крестов и причащения больных прихожан). На их место пришли те недоучки и фанатики, которые превратили христианскую проповедь в охоту на ведьм.
Наука освобождалась от магии и суеверий рывками. Первый настоящий физик Галилео Галилей жил в 1564-1642 годах. При этом к моменту смерти престарелого Галилея 15 лет исполнилось Роберту Бойлю, последнему ученому, всерьез занимавшемуся алхимией (1627-1691). Старшим современником Галилея был великий астроном и конструктор астрономических приборов Тихо Браге (1546-1601), а младшим – великий астроном и астролог Иоганн Кеплер (1571-1630), чья мать, трактирщица Катарина Кеплер (1547-1622) была обвинена в ведовстве. Всего через год после смерти Галилея родился Исаак Ньютон (1643-1727), учившийся у Бойля физике (и алхимии), а также претендовавший на авторство настолько законченной и непротиворечивой теории естествознания, что позволил себе сравнить Вселенную с заводными часами.
Тем не менее, именно на жизнь последнего поколения перед Ньютоном и Бойлем (в частности, на зрелые годы Катарины Кеплер) пришлись сразу два события, наверняка заставившие средневековых европейцев в предпоследний и последний раз усомниться в незыблемости небес и понадеяться на Второе Пришествие. Это были взрывы сверхновых, произошедшие в 1572 году (сверхновая Браге) и 1604 (сверхновая Кеплера), на века вперед определившие развитие астрономии и более не повторявшиеся до 1987 года. Отчетливо сознавая, что этот пост не вполне соответствует тематике Хабра, далее я напомню обо всех достоверно известных семи сверхновых, зажигавшихся в небе Земли на протяжении истории человечества – и об их роли в развитии астрономии и астрофизики.
Что такое сверхновая
С точки зрения современной астрономии новая – это звезда, яркость которой внезапно и очень резко возрастает, а затем эта звезда начинает медленно тускнеть до исходной звездной величины. Новые возникают в результате взрыва верхних слоев тусклых белых карликов, а избыточная материя на поверхности белого карлика оседает из атмосферы более крупной звезды, расположенной в паре с ним. Таким образом, к образованию новой наиболее располагает двойная звездная система. Сверхновая – тоже звезда, яркость которой резко возрастает, а затем постепенно тускнеет, но в случае сверхновой вспышка гораздо сильнее, чем с новой. Яркость звезды может возрасти в 10 000 раз сильнее, чем у новой. Сверхновая – это вспышка в миллиарды раз ярче Солнца, причем, максимальная яркость достигается через несколько дней после взрыва. Общее количество электромагнитной энергии, излучаемой сверхновой за несколько месяцев, сопоставимо с энергией, которую Солнце испускает в течение всего жизненного цикла (10 миллиардов лет). С современной точки зрения наиважнейшая роль сверхновой заключается в синтезе, а затем – в рассеянии сравнительно тяжелых элементов, в первую очередь – металлов. Наиболее распространенными элементами во Вселенной являются водород и гелий (именно из них преимущественно и состоят звезды). Эти два элемента (а также немного лития) являются первозданными, они возникли практически одновременно с Вселенной, задолго до формирования первых звезд. Все прочие элементы – из которых состоит практически все, что мы видим вокруг – образовались позже, в результате звездной эволюции. Сравнительно тяжелые элементы образуются из более легких (прежде всего – водорода и гелия) в процессе термоядерного синтеза. Именно термоядерный синтез – основа горения звезд.
Ядра водорода сливаются в ядра гелия, гелий сливается в углерод. В самых тяжелых звездах этот процесс проходит еще несколько стадий: из ядер углерода последовательно образуются еще более тяжелые элементы: кислород, неон, магний, сера, кремний – и так далее до железа. Но на железе этот процесс останавливается. Примерно такую структуру приобретает массивная звезда на заключительном этапе эволюции:
В зависимости от массы самой звезды отличается и масса того железного ядра, которое она может «наработать», после чего это ядро переживает коллапс. Коллапс переходит во взрыв, в результате чего разрушается часть атомов гелия и более тяжелых элементов, образуется масса свободных нейтронов – и они слипаются в элементы значительно тяжелее железа, вплоть до трансурановых. При этом внешние оболочки взорвавшейся звезды разлетаются во все стороны, образуя раскаленный «остаток» сверхновой, который, остывая, превращается в туманность.
Крабовидная туманность; остаток сверхновой SN1054
Это одна из таких туманностей – Крабовидная, образовавшаяся в созвездии Тельца после взрыва сверхновой 4 июля 1054 года. Сегодня она наблюдается только в телескоп, но в 1054 году, по данным китайских астрономов, звезда была видна на небе днем и ночью в течение нескольких недель.
Типы сверхновых
Проблемы синтеза элементов в звездах напрямую связаны с теорией Большого Взрыва, поскольку именно Большой Взрыв привел к образованию «первого поколения» химических элементов – и, соответственно, сверхновые можно уподобить «малым взрывам» местного значения. Вышеизложенные представления о том, в какой последовательности образуются химические элементы в звездах, были сформулированы в середине 1940-х – и далее в течение 1950-х. Теоретическим обоснованием Большого Взрыва занимался британский астрофизик и фантаст Фред Хойл (1915-2001), а детализацией звездной эволюции вместе с ним занимались Маргарет и Джеффри Бербидж и Уильям Фаулер. В 1957 году они выпустили совместную фундаментальную работу «Синтез элементов в звездах», заложившую основы теории взрывного нуклеосинтеза. В настоящее время уже известно, что большинство элементов таблицы Менделеева (кроме полученных искусственно) в неравных долях образовалось при взрывах сверхновых звезд либо при слиянии нейтронных звезд:
В конце XX века считалось, что существует два варианта образования сверхновых: коллапс железного ядра (описан выше) и термоядерный взрыв. Термоядерный взрыв происходит на месте новой звезды, то есть, на месте белого карлика, перетягивающего на себя звездное вещество в двойной звездной системе. Кроме того, в 1980 году Кэнъити Накамото из Токийского университета сформулировал теорию «захвата электронов», предполагающую еще один вариант образования сверхновой. Когда в сравнительно компактном белом карлике остается в основном кислород, неон и магний, их ядра начинают слипаться, поглощая остаток электронов, сохранившихся в такой звезде. Именно такое поглощение электронов (без образования железного ядра) также может приводить к коллапсу и образованию сверхновой. Первый остаток сверхновой, которая могла образоваться именно в результате захвата электронов, был открыт в 2021 году; также есть основания полагать, что именно к такому типу относилась звезда, на месте которой осталась Крабовидная туманность. Более подробно о звездных взрывах рассказано здесь.
Хронология сверхновых
Как долго была видна
Циркуль и Центавр
? Возможно, это была комета
Арабы, китайцы, японцы, европейцы
примерно 17 апреля – 1 мая
Индейцы, арабы, китайцы
185 дней (считая период видимости в темное время суток)
Китайцы, японцы, арабы, европейцы, Тихо Браге
2 ноября 1572 – до начала 1574 (считая период видимости в темное время суток)
Европейцы, арабы, Иоганн Кеплер, Галилео Галилей
Около 1,5 лет (считая период видимости в темное время суток)
Южноамериканцы (Чили, обсерватория Лас-Кампанас), Ян Шелтон
Туманность Тарантул, Большое Магелланово Облако
До конца мая, только в темное время суток
Поскольку древние астрономы не всегда могли отличить новую звезду (существовал даже термин «звезда-гостья») от более прозаической кометы, не исключено, что сверхновые зажигались на земном небе еще в 369, 437, 827 и 902 годах. Сверхновая 1987 года, последняя в этом списке, была видна невооруженным глазом в Андах, но этот взрыв произошел не в нашей галактике Млечный Путь, а в галактике-спутнике Большое Магелланово Облако. В нашей же галактике ни одной сверхновой, видимой с Земли невооруженным глазом, не было со времен «звезды Кеплера», вспыхнувшей в 1604 году. Тем не менее, именно три последние сверхновые наиболее заметно повлияли на развитие астрономии и астрофизики, и далее мы подробно рассмотрим влияние каждой из них на научную картину мира.
Звезда Браге
Яркая новая звезда засияла в начале ноября 1572 года, вероятно, хорошо просматривалась во всем северном полушарии. Ночью она была ярче всех звезд, а также ярче Венеры; по-видимому, она хорошо просматривалась и днем. К тому моменту почти 2000 лет доминировала аристотелевская картина мира, в соответствии с которой небеса состоят из вложенных одна в другую хрустальных сфер, на последней из которых (восьмой) расположены вечные и неизменные звезды. Значительно ближе к Земле по Аристотелю располагались как Луна, так и кометы. Тем не менее, Тихо Браге написал целую книгу «De Stella Nova», в которой обоснованно доказал, что эта звезда находится гораздо дальше Луны, то есть, в той самой «восьмой сфере»:
Вечером, после захода Солнца, когда в соответствии с моим обычаем я созерцал звезды в ясном небе, я заметил, что почти прямо над моей головой сияла новая и необыкновенная звезда, превосходившая по блеску все другие звезды; и так как я почти с детства знал в совершенстве все звезды небосвода (очень нетрудно достичь этого знания), мне было совершенно очевидно, что никогда в прошлом никакой звезды на этом месте неба, даже и маленькой, не было, не говоря уже о звезде, столь бросающейся в глаза своей яркостью, как эта. Я был настолько поражен этим зрелищем, что не постыдился подвергнуть сомнению то, что видели мои собственные глаза. Но когда я убедился, что и другие могли видеть на указываемом им месте звезду, у меня больше не оставалось сомнений. Не было ли это величайшим из чудес, которые случались когда-либо со времен начала мира.
К 1574 году датские власти заметили достижения Браге. Астроному, рядовому сотруднику Копенгагенского университета, не только разрешили выступать с публичными лекциями, но и преподавать математику. Более того, на острове Вен ему выделили целый замок под астрономические наблюдения и разработку новых приборов; он назывался «Ураниборг».
В 1577 году Браге заметил и исследовал новую комету, доказав (по движению кометы на фоне звезд), что и комета расположена значительно дальше Луны, но ближе, чем звезды. В 80-90-х годах Браге тратил на свои исследования до 1% датского бюджета, но впал в немилость в 1597 году, когда на престол Дании вступил новый король, Кристиан IV. Немолодому и нездоровому Тихо пришлось искать новый приют, и в итоге за два года до смерти он, пользуясь покровительством императора Рудольфа II, обосновался в замке Градчаны под Прагой, куда успел перевезти из Дании значительную часть оборудования. Именно там 4 февраля 1600 года он познакомился с молодым Иоганном Кеплером, прибывшим в Прагу именно с целью заниматься астрономией. Всего через полтора года, 24 октября 1601 года, Браге умер, но до этого успел плодотворно поработать с Кеплером и увлечь его рассказами о сверхновой 1572 года (на момент открытия той звезды Кеплеру было менее года, к тому моменту, как он достиг сознательного возраста, звезда уже угасла).
Звезда Кеплера
К 1604 году Иоганн Кеплер продолжал работать в лаборатории в Градчанах, продолжая исследования Браге, связанные с кометами – но в основном занимаясь обоснованием и защитой коперниковской картины мира, а также математическим обоснованием динамики небесных тел. А сверхновая, которая впоследствии получит его имя, была открыта именно 9 октября (по-видимому, в Италии). Именно в эту ночь астрономы внимательно осматривали небо, дожидаясь редчайшего события – слияния Марса, Юпитера и Сатурна в одну точку. Именно поэтому сверхновая была открыта примерно за 20 дней до того, как достигла максимальной яркости – и вызвала бурное обсуждение не только среди астрономов, но и среди астрологов, пытавшихся усмотреть магический смысл в этой вспышке, произошедшей вместе со схождением трех планет. Кеплер приступил к исследованию звезды только 17 октября (по его словам, до этого под Прагой было слишком облачно), но именно он впервые подробно описал эту звезду в трактате “De Stella Nova in Pede Serpentarii” (”О новой звезде близ ступни Змееносца”). На следующей иллюстрации звезда обозначена большой буквой «N» и находится возле правой пятки Змееносца.
При этом сверхновая Кеплера крайне заинтересовала и Галилея, с 1592 года работавшего в Падуанском университете, и на момент описываемых событий уже занимавшим профессорскую кафедру. Галилей, по-видимому, впервые наблюдал сверхновую 28 октября, когда новость о ней уже стала сенсацией. Тогда Галилею (впервые за 12 лет работы в Падуе) было предложено выступить с публичной, как мы бы сказали – с научно-популярной – лекцией по поводу этой звезды. Галилей нашел сказать настолько много, что прочитал о новой звезде не одну, а три лекции – и, как сообщали современники, даже имел конфликт с неким Бальдессаром Капрой, который утверждал, что (в компании двух друзей) первым в Падуе наблюдал эту звезду, но не был за свое открытие не только вознагражден, но даже отблагодарен Галилеем. Галилей выступил с тремя лекциями в течение ноября, когда звезда, должно быть, еще была очень яркой.
Галилей не только соотнес координаты звезды с наблюдениями из других регионов Европы (в том числе, северных), но и указал, что звезда возникла примерно в том же регионе неба, что и звезда Браге (хотя, Галилей и пытался уловить в этом закономерность, мы теперь знаем, это было просто совпадение). Эта сверхновая лишний раз подчеркнула несостоятельность космологии Аристотеля, а также натолкнула Галилея на мысль, что рождение звезды никак не связано со сближением трех планет. Более того, именно после этого события Галилей всерьез занялся изучением и измерением параллакса; вероятно, именно тогда он сформулировал его первое научно-популярное объяснение (аналогию с карандашом или пальцем).
Также Галилей попытался охарактеризовать на примере сверхновой природу звездного света, указывая, что звездный огонь, должно быть, совсем не тождественен обычному. Если новая звезда находится гораздо выше Луны – как же она там оказалась? Проще всего было предположить, что она образовалась из того же вещества, что и небесная сфера, но в то время считалось, что вещество небесных сфер является неизменным. Поэтому Галилей предполагал, что новая звезда возникла из обычной «земной» материи, которая каким-то образом поднялась на такую высоту. Кроме того, он указывал, что от земного огня выделяется много дыма, а небесный огонь дыма не выделяет (иначе звезда быстро скрылась бы в его клубах) – значит, небесный огонь имеет другую природу. Галилей учитывал, что некоторые вещества сгорают почти без дыма – но при этом они сгорают очень быстро, а огонь сверхновой явно не затухал. В конце концов, Галилей предположил, что сверхновая может быть подобна облаку пара с очень сильной отражательной способностью, и испускает это облако отраженный солнечный свет, подобно Луне. Каким образом пар с Земли мог подняться на такую высоту, Галилей также объяснить затруднялся, но все равно сравнивал сверхновую скорее с далекой радугой, чем с далеким костром.
Сверхновая 1987А
Эта сверхновая была столь же неожиданным, сколь и интересным явлением. Этот взрыв произошел в соседней галактике, а не в Млечном Пути, расстояние до него составило около 170 000 световых лет. Именно поэтому видимая звездная величина сверхновой составила +3 (человек с острым зрением может различить звезды с величиной примерно до +6,5). История наблюдений показала, что взрыв произошел на месте голубого сверхгиганта Sanduleak –69°202, открытого в 1969 году Ричардом Сандуляком. Ранее считалось, что сверхновые образуются только на месте красных сверхгигантов. Кроме того, уверенно зафиксировать этот взрыв удалось еще и потому, что ему предшествовал мощный всплеск звездных нейтрино. Поскольку нейтрино являются всепроникающими частицами, взрыв 1987А стал мощным стимулом к развитию нейтринной астрономии, о которой рекомендую почитать этот пост на Хабре. Действительно, оптические телескопы не слишком хороши для поиска сверхновых, но анализ звездных нейтрино позволил составить подробную карту таких событий в нашей Галактике:
Вполне вероятно, что взрыв сверхновой порождает не только очень много нейтрино (ведь мы зафиксировали их при взрыве в соседней галактике – а как отреагировали бы детекторы нейтрино на взрыв, подобный звезде Кеплера?), но и гравитационные волны и, возможно, какие-то экзотические частицы. Кроме того, спектральный анализ свежих остатков сверхновой мог бы подсказать, каковы предельные атомные номера элементов, образующихся при таких взрывах – возможно, даже открыть фейнманий. Иными словами, ближайшую сверхновую астрономическое сообщество ждет не только с нетерпением, но и во всеоружии, даже не слишком волнуясь, а не будет ли чрезмерно близкий взрыв такой звезды уже не астрофизикой, а настоящей катастрофизикой.
Что ученые подразумевают под термином "Супернова"?
Супернова — это самая интенсивная гибель звезды, которую только можете себе представить. Но это интенсивное разрушение одновременно является рождением всего, чего мы видим, осязаем и чувствуем. Супернова в состоянии ослепить целую галактику. Этот взрыв обладает такой интенсивностью, что если бы он произошел в нескольких десятка световых лет от нас, то наша планета Земля просто сгорела бы.
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.
Но в тоже время суперновы создают основные элементы, из которых состоит наш мир,наша планета, наша звезда, все вокруг нас состоит из осколков мертвой взорвавшейся звезды. Все из чего состоит наша планета, все вещества – они произошли от сверхновых. Все материалы из чего состоят наши дома, вещества из которых состоит наша кровь, наши тела — все, что вы видите. Это сверхновая.
По своей сути каждая звезда представляет собой гигантский ядерный реактор. Термоядерный реактор внутри звезды сжигает водород (самый простой и распространённый элемент) в ходе реакций атомы водорода соединяются, выделяя гелий и энергию, когда водород заканчивается звезда горит за счёт превращения гелия в углерод, а затем углерода в кислород. Когда небольшие звезды вроде нашего Солнца выделяют углерод, они начинают умирать.
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.
В этой звезде заключено огромное количество энергии (гравитационной и ядерной). Этот Белый Карлик превращается в сверхновую типа 1А. Супернова типа 1А – это термоядерная углеродная бомба весом 20 миллиардов миллиардов миллиардов тонн. Это одно из самых взрывоопасных веществ во Вселенной. В конце концов, Белый карлик высасывает из своей спутнице столько вещества, что происходит ядерная перегрузка (углерод и кислород начинают объединяться в элемент чрезвычайно опасный для звезды).
Все Вы, наверное, смотрели Стар Трек? В нем шла речь о секретном оружие способном уничтожить звезду. Они не ошиблись, подобное и вправду существует в нашем мире. Более того оно может быть очень рядом с вами или оно может находиться в вашей сковородке, в вашем мотоцикле или в машине. Это смертоносное для звезды вещество — железо.
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.
Сверхновые звезды: Что это такое, как они появляются и какова их роль в жизни Вселенной
Подобно живым организмам, звезды имеют свой жизненный цикл, после чего погибают. Однако в отличии от людей и животных для жизненный путь звезды зачастую заканчивается взрывом или как его еще называют вспышкой сверхновой.
Когда звезда достигает конца своего жизненного цикла, она взрывается, образуя сверхновую. Как это происходит и каковы последствия? Туманность Розетта в созвездии Единорог. Soubrette/iStock. Journal Interesting Engineering.
реклама
Ученые считают, что сверхновые являются важнейшими источниками элементов с массой тяжелее железа. В результате взрыва частицы таких элементов выбрасываются в космос. Часть из них попадает на Землю. Ниже мы попытаемся, вам объяснить, что такое сверхновые, рассказать об их типах, как они формируются и как влияют на нашу Вселенную.
Что такое сверхновая звезда?
Проще говоря, сверхновая — это мощный взрыв, который происходит на последних стадиях эволюции массивной звезды — или когда в звезде меньшего размера -белом карлике- запускается необратимый процесс термоядерного синтеза.
Вспышки сверхновых — это самые масштабные явления, наблюдаемые в космосе. Они носят как разрушительный, так и созидательный характер, поскольку являются основным источником тяжелых элементов во Вселенной. В галактиках размером с Млечный Путь взрывы сверхновых случаются примерно каждые 50 лет.
Типы сверхновых
реклама
Существует два основных типа сверхновых — тип I и тип II, которые классифицируются в зависимости от способа их детонации. Сверхновые типа I подразделяются на три подгруппы — Ia, Ib и Ic — на основе их спектров.
AIM-260: Соединенные Штаты нацелились на РФ и КНР ракетами, способными наносить кинетические удары «hit-to-kill»
Сверхновая II типа
Сверхновая II типа — это сверхновая с коллапсирующим ядром. Это явление происходит на последней стадии жизни массивной звезды. Звезды, заканчивающие свою жизнь в виде сверхновой II типа, отличаются огромной массой, обычно в восемь-пятнадцать раз больше массы нашего Солнца. Когда у таких звезд заканчивается топливо — сначала водород, а затем гелий, — у них еще остается достаточно энергии и давления для синтеза углерода.
Постепенно в ядре накапливаются более тяжелые элементы. Когда масса ядра звезды превышает предел Чандрасекхара (максимальная масса, теоретически возможная для стабильного белого карлика, около 1,44 солнечных масс), происходит его имплозия. В конце концов, имплозия отскакивает от ядра и выбрасывает звездный материал в космос — это и есть вспышка сверхновой. В результате остается сверхплотная нейтронная звезда.
Существуют две различные подкатегории сверхновых типа II, определяемые изменениями их светимости в течение времени. Свет сверхновой подтипа II-Liner после резкого максимума быстро и линейно затухает, в то время как сверхновые подтипа II-Plateau продолжают светить довольно ярко в течение длительного периода времени. Оба этих типа имеют в своих спектрах сигнатуру водорода.
Сверхновые типа I
реклама
Сверхновые типа I подразделяются на подтипы Ia, Ib и Ic. Все сверхновые первого типа не имеют в своем световом спектре линии водорода.
Подтип Ia: Считается, что сверхновые данной категории образуются в бинарных звездных системах, включающих умеренно массивную звезду и белый карлик. В таких системах звездный материал перетекает к белому карлику от более крупной звезды-компаньона. Когда белый карлик накопит достаточно материала, чтобы его масса превысила предел Чандрасекхара, происходит взрыв. Сверхновые типа Ia встречаются довольно часто, и все они в момент своего пика имеют одинаковую светимость. Поэтому они нередко используются астрофизиками для оценки космических расстояний.
Подтип Ib: Так же как и сверхновые второго типа, эта подкатегория сверхновых тоже переживает коллапс ядра, однако без участия водорода. Поэтому их относят к типу I. Кроме того, в их спектрах присутствуют линии гелия.
Изучение сверхновых дало нам понимание того, как эволюционируют звезды и через какие этапы жизненного пути они проходят, прежде чем взорвутся. Благодаря исследованиям ученые поняли важность и роль, которую сверхновые играют в формировании новых звезд, планет и других объектов нашей Вселенной. На фото взрывающаяся сфера. Soubrette. Journal Interesting Engineering.
реклама
Подтип Ic: Эта подкатегория сверхновых также образуется, в результате разрушения массивной звезды под действием собственной гравитации. Сверхновые типа Ic, как правило, не имеют в своих спектрах водорода и гелия, так как оба этих элемента были «утеряны» во время жизненного цикла звезды.
Кроме этих видов сверхновых существуют еще несколько подкатегорий типа I и II, включая сверхновые типа Ic — BL, которые относятся к гамма-всплескам и сверхновым с очень высокой светимостью.
Жизненный цикл звезды, заканчивающийся рождением сверхновой
Звезды, подобно живым существам, проходят через определенные фазы жизненного цикла, начиная с рождения и заканчивая смертью. Правда, в отличие от живых организмов, срок жизни звезды может составлять несколько миллиардов лет. Прежде чем произойдет вспышка сверхновой, звезда должна «пережить» несколько стадий. Ниже рассмотрим этапы звездной эволюции.
Звездная туманность
Рождение (формирование) звезды происходит в туманности — облаке пыли и газообразного вещества, включая водород и гелий. По этой причине некоторые туманности получили название «звездных яслей. Сами туманности образуются из газа и пыли, выброшенных взрывом умирающей звезды, например, при вспышке сверхновой.
Россия, Иран и Китай намерены «перезагрузить» систему коллективной безопасности в Персидском заливе
В туманностях частицы газа и пыли сильно рассеяны, но со временем под воздействием сил гравитации они начинают собираться в сгустки. По мере роста сгустков их гравитация также увеличивается, притягивая к себе все новые и новые частицы. В конце концов, фрагмент пыли и газа становится достаточно плотным, чтобы схлопнуться под действием собственной гравитации. Это приводит к нагреванию материала и формированию протозвезды.
Протозвезда
Следующим этапом или циклом жизни звезды является образование протозвезды. На этой стадии происходит дальнейшее сгущение газа и пыли, содержащихся в туманности. В процессе уплотнения происходит постепенное повышение температуры и увеличение давления в ядре, после чего начинается ядерная реакция
Протозвезда уже похожа на обычную звезду, но пока ее ядро еще недостаточно раскалено для начала термоядерного синтеза. Светимость протозвезды связана с нагреванием и сжатием ее ядра. Время гравитационного сжатия относительно невелико. Оно зависит от массы протозвезды. Чем больше масса, тем быстрее протекает процесс гравитационной конденсации. Протозвезды с такой же массой, как у нашего Солнца, сжимаются за 100 млн. лет.
При взрыве сверхновых в космос выбрасываются такие важные элементы, как железо, калий, неон и т.д., которые в конечном итоге становятся материалом для формирования новых звезд. И все начинается заново. Некоторые из высвободившихся элементов со временем могут образовать планеты, например такуе как наша Земля. На изображении вспышка сверхновой звезды. coffeekai/iStock. Journal Interesting Engineering.
Вокруг молодой звезды образуется пылевое облако, которое начинает вращаться и «сплющиваться» в диск — проплид. В некоторых случаях эти диски могут превращаться в планетарные системы. Стадия протозвезды знаменует собой этап, на котором газово-пылевое облако превращается в настоящую звезду. Это важный этап в формировании молодых звезд.
Когда температура ядра протозвезды превысит 10 миллионов К, процесс синтеза водорода достигнет максимальной эффективности. В этот момент протозвезда переходит в стадию главной последовательности.
Главная последовательность
Звезды проводят большую часть (примерно 90 процентов) своей жизни на главной последовательности. Масса звезд в данный период может достигать самых различных значений, и именно от массы зависит, как долго продлится этап главной последовательности.
Звезды с большой массой обычно имеют более горячее и плотное ядро, и это позволяет ядерному синтезу протекать гораздо быстрее, в результате чего стадия главной последовательности длится меньше. У более «легких» звезд ядро меньше, ядерный синтез протекает дольше, соответственно стадия главной последовательности занимает больше времени.
Стадия главной последовательности обозначается как стадия, на которой ядерный синтез относительно стабилен. На этой стадии термоядерный синтез высвобождает энергию, которая нагревает звезду, создавая давление, противодействующее силе ее гравитации. Таким образом, устанавливается баланс внутреннего и внешнего давления.
Красный гигант
Звезды, размер которых сравним с нашим Солнцем или чуть меньше, могут превращаться в красные гиганты.
Когда у звезд главной последовательности в ядре заканчиваются запасы водорода, они начинают разрушаться, поскольку энергии, вырабатываемой при термоядерном синтезе, уже недостаточно для преодоления гравитации. Тем не менее, ядро продолжает сжиматься и становится плотнее; его температура и давление повышаются настолько, что гелий превращается в углерод. В результате высвобождается еще больше энергии. Когда водородный синтез переходит во внешние слои звезды, они увеличиваются в размерах и становятся ярче.
Девятнадцать кораблей и 57 истребителей армии Китая пересекли срединную линию в Тайваньском проливе
В итоге формируется красный гигант, который со временем продолжая разрастаться становится все более нестабильным. В конце концов, внешние слои звезды схлопываются, образуя разрастающееся облако пыли и газа. Экспансия внешней части продолжается постепенно, до тех пор, пока она не рассеется в пространстве. На этом этапе звезда превращается в планетарную туманность. Наше Солнце перейдет в стадию красного гиганта примерно через 5 миллиардов лет.
Планетарные туманности и белые карлики
В данном контексте представим себе внешнюю часть красной гигантской звезды, которая уже распространилась в пространстве, но движется вокруг ядра (белого карлика). Таким образом, наружный слой в виде газа и пыли окутывает тяжелое, плотное ядро, известное как белый карлик. Ядро белого карлика испускает определенное количество радиации, ионизирующей газ и пылевую оболочку. Белые карлики способны излучать видимый свет в диапазоне от сине-белого до красного. Тем не менее БК не вырабатывает собственного тепла (так как лишены источников термоядерной энергии) и постепенно остывают в течение миллиардов лет.
Сверхновая
Эволюция звезд с массой, превышающей массу нашего Солнца примерно в восемь раз, протекает по другому пути. После того как в ядре такой звезды закончится водородное топливо, она начнет сжиматься. Это приведет к очередному коллапсу, который вновь запустит термоядерную реакцию, но уже с участием гелия.
Что произойдет дальше, зависит от размера звезды.
Звезда главной последовательности, с массой чуть больше солнечной, начинает превращать гелий в углерод, также как и звезды с более низкой массой. Но когда в ядре заканчивается гелий, оно сжимается, нагревается и начинает превращать углерод сначала в неон, затем в кислород, кремний и затем железо. При этом каждый новый «вид топлива» высвобождает энергию необходимую для удержания ядра от разрушения. Однако с каждым новым «топливным элементом» реакция протекает быстрее, чем с предыдущим.
Изучение сверхновых дало нам понимание того, как эволюционируют звезды и через какие этапы жизненного пути они проходят, прежде чем взорвутся. Звезды, размер которых сравним с нашим Солнцем или чуть меньше, могут превращаться в красные гиганты. Сверхновая. cokadas/iStocks. Journal Interesting Engineering.
К тому времени, когда кремний превратится в железо, топливо в звезде почти закончится. Далее произойдет разрушение ядра, которое быстро увеличится до первоначального размера и создаст ударную волну, результатом которой станет вспышка сверхновой. Остатки ядра образуют сверхплотную нейтронную звезду. Звезды, масса которых больше солнечной более чем в три раза, коллапсируют в черные дыры.
Влияние сверхновых на Вселенную
Также как и все звезды, сверхновые в конце концов угасают, однако они оказывают заметное влияние на эволюцию нашей Вселенной. Изучение сверхновых помогло астрофизикам и астрономам лучше понять, почему наша Вселенная постоянно расширяется. Впоследствии ученые пришли к выводу, что самое важное влияние сверхновой на Вселенную заключается в том, что при ее взрыве из ядра высвобождаются некоторые жизненно важные элементы.
При взрыве сверхновых в космос выбрасываются такие важные элементы, как железо, калий, неон и т.д., которые в конечном итоге становятся материалом для формирования новых звезд. И все начинается заново. Некоторые из высвободившихся элементов со временем могут образовать планеты, например такуе как наша Земля.
Изучение сверхновых и их значение для астрофизики
Изучение сверхновых дало нам понимание того, как эволюционируют звезды и через какие этапы жизненного пути они проходят, прежде чем взорвутся. Благодаря исследованиям ученые поняли важность и роль, которую сверхновые играют в формировании новых звезд, планет и других объектов Вселенной.
Для астрофизиков и астрономов крайне важны знания о сверхновых, о жизненном цикле звезд, ведущем к взрыву сверхновых, и о последствиях таких вспышек. Всё это в целом помогает глубже изучить химическую эволюцию и экспансию Вселенной. Кроме того, изучение сверхновых не только помогло нам обнаружить информацию о том, как в звезде образуются тяжелые элементы, но и как образуются черные дыры и нейтронные звезды.
Изучение сверхновых помогло не только получить информацию о том, как в звезде образуются тяжелые элементы, но и как происходит процесс формирования черных дыр и нейтронных звезд. Изучение процесса рождения звезд также используется как инструмент для определения расстояний между галактиками.
What Is A Supernova?
What are supernovas? How do they work? What are they caused by? Are they dangerous and what do supernovas turn into? Read this article to have all of these questions answered!
What are supernovas? A supernova is when a star reaches the end of its life and explodes. These explosions are the hugest explosions humans know of (bigger than a nuclear bomb)!
“A supernova is one of the most powerful explosions in the universe. It’s so luminous, it can be seen across billions of light-years. It releases as much energy in an instant as our sun will produce over its 10-billion-year lifetime.”
-Neil deGrasse Tyson
How do they work? It’s like a game of tug of war. As we know gravity always wins so the star suddenly collapses. This would be like something one million times the size of the earth collapsing in 15 seconds. This happens so quickly that it sends enormous shockwaves that cause the outer part of the star to explode. That is how a supernova works.
What are they caused by? The supernova is caused by the death of a star. The star burns through its fuel and begins to cool and the outward forces of pressure begin to drop. When it drops low enough in a massive Star gravity suddenly takes over and the star collapses in just seconds. This produces a beautiful and massive supernova.
Are they dangerous? To us most of them no. Most stars are so far away from that they aren’t even remotely close to doing any harm to the earth. However, they can be harmful to other planets and exoplanets closer to the star. It can melt the planets and destroy them.
What do supernovas turn into? Supernovas turn into nebulae when they explode. An example of this is the Crab Nebula. It came from a star exploding in the constellation Taurus.