Как происходит взрыв звезды: Сверхновая — Взрыв, которым знаменуется смерть звезды. |

Содержание

Загадки сверхновых. Как происходят самые смертоносные взрывы в космосе

https://ria.ru/20190912/1558585662.html

Загадки сверхновых. Как происходят самые смертоносные взрывы в космосе

Загадки сверхновых. Как происходят самые смертоносные взрывы в космосе — РИА Новости, 12.09.2019

Загадки сверхновых. Как происходят самые смертоносные взрывы в космосе

Каждую секунду во Вселенной вспыхивает примерно восемь десятков сверхновых звезд. Сегодня астрономы открывают их тысячами, только в нашей Галактике… РИА Новости, 12.09.2019

2019-09-12T08:00

2019-09-12T13:02

наука

чили

япония

москва

космос — риа наука

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/135971/66/1359716677_0:142:3001:1830_1920x0_80_0_0_6235a57e6e31094dc103761b74a22866.jpg

МОСКВА, 12 сен — РИА Новости, Татьяна Пичугина. Каждую секунду во Вселенной вспыхивает примерно восемь десятков сверхновых звезд. Сегодня астрономы открывают их тысячами, только в нашей Галактике зарегистрировали около трехсот. Однако наблюдать сам момент взрыва светила — большая удача, особенно с близкого расстояния.Попали в историюБольшинство звезд медленно сгорают без остатка или постепенно сбрасывают оболочку из газа в окружающее пространство, превращаясь в компактный объект размером с планету — например, в белый карлик. Очень редко (в астрономических, конечно, масштабах) жизнь звезд заканчивается катастрофой.При взрыве выделяется чудовищное количество энергии в виде нейтрино и электромагнитного излучения. Если это случилось достаточно близко, с Земли событие можно видеть невооруженным глазом — на небе внезапно возникает яркая огромная звезда, которая постепенно, в течение нескольких дней, тускнеет. В наши дни эти звезды называют сверхновыми.В исторических хрониках сохранились сведения о семи сверхновых. Одну из самых ранних наблюдали китайские, японские и арабские астрономы в 1054 году. От нее остался один из самых изученных космических объектов — Крабовидная туманность, в центре которой находится бешено вращающийся пульсар: в секунду он делает 33 оборота и излучает в различных диапазонах длин волн. В 1604 году вспышку сверхновой в созвездии Змееносца видели многие средневековые астрономы, включая Иоганна Кеплера. Следующего события такой мощи человечеству пришлось ждать почти четыреста лет.Рождение сверхновойМолодой канадский астроном Ян Шелтон, работая в обсерватории в Чили, случайно открыл в феврале 1987 года взрыв сверхновой в Большом Магеллановом облаке, карликовой галактике — спутнике Млечного Пути в 50 килопарсеках от нас. Вспышка была видна невооруженным глазом и зафиксирована на фотоизображениях.Ее обозначают как SN 1987A, где первые буквы символизируют сверхновую, буква A указывает, что она первая, обнаруженная в 1987 году.Оказалось, что за несколько часов до взрыва звезды 23 февраля четыре нейтринных детектора в мире, в том числе Баксанский на Кавказе, зафиксировали аномальные потоки космических нейтрино. На черенковском детекторе «Камиоканде II» в Японии смогли даже вычислить направление на источник вспышки.Нейтрино — это особый тип фундаментальных частиц, очень слабо взаимодействующий с веществом, поэтому их чрезвычайно сложно обнаружить. Они рождаются в недрах звезд в результате ядерных реакций и летят со скоростью света, пронизывая все на своем пути. Чтобы их уловить, нужны весьма чувствительные, хитро устроенные установки.Если звезда большая — например, тяжелее Солнца в восемь раз, то постепенно ее центральная часть уплотняется и запускается термоядерная реакция. Со временем в недрах в очень компактном объеме синтезируются гелий, дейтерий, углерод, кислород и далее вплоть до железа. Температура в центре растет, тяжелое ядро звезды все больше сжимается. Оно превращается в плавильный реактор, где атомы распадаются на элементарные частицы и собираются в нейтроны. На этом этапе происходит резкий выброс энергии в виде нейтрино. Именно его способны увидеть на Земле и выдать предупреждение телескопам: «вот координаты, наводитесь, через несколько часов или дней там произойдет рождением сверхновой».Далее следует быстрый коллапс умирающей звезды: ее внешние оболочки под действием гравитации схлопываются внутрь. Яркость объекта увеличивается в тысячи раз, и если он достаточно близко, то его можно видеть с Земли без телескопа. Взрывная волна уносит энергию и остатки вещества, а в центре остается крошечная нейтронная звезда — пульсар. Или черная дыра. По другим сценариям, возможно образование кварковой звезды.SN 1987A — результат гибели голубого гиганта Сандулик. За три десятка лет с момента взрыва от него остались только загадочные кольца и источник радио- и рентгеновского излучения. В центре пока ничего не нашли. Возможно, там слишком плотные облака газа или черная дыра себя не проявляет, а может быть, ничего действительно нет.Эта сверхновая — одна из самых изученных в истории астрономии. Ее рождение наблюдали не только визуально и по нейтрино, но и в различных диапазонах электромагнитного излучения. Сейчас на месте взрыва — шарообразная структура с двумя кольцами. Предполагается, что они остались от звезды-предшественницы, а ударная волна подсветила их. Согласно одной из моделей, внутреннее кольцо погаснет к 2025 году.SN 1987A все еще сильно светится в радиодиапазоне, что связывают с синхротронным излучением, порождаемым бегущей ударной волной. Жизнь и смерть белых карликовОткрытие SN 1987A стало значимой вехой в астрономии. Теперь наши инструменты заглядывают в другие галактики и самые далекие уголки космоса. Сейчас открыто около 63 тысяч объектов, в основном это остатки прошлых взрывов. Но случаются и удачи наблюдать момент рождения.Астроном-любитель из Аргентины Виктор Бусо в сентябре 2016 года испытывал новую камеру для наблюдений. Он направил ее на далекую галактику NGC 613 и случайно снял вспышку звезды. Ей дали название SN 2016gkg. Это исключительный случай, когда удалось зафиксировать участок неба до взрыва и сразу после. После этого новорожденную сверхновую стали наблюдать профессиональные астрономы в большие телескопы.В рутинном порядке десятками остатки сверхновых открывают астрономы Специальной астрофизической обсерватории на Кавказе и участники российской сети роботов-телескопов МАСТЕР, созданной в МГУ профессором Владимиром Липуновым.В середине прошлого века ученые разделили сверхновые на I и II типы. Ко второму как раз относится SN 1987A, родившаяся при гравитационном коллапсе массивной звезды. В ее спектре есть водород. К первому типу, точнее к категории Ia, относят остатки взрыва небольших звезд. В их спектрах водорода нет, что говорит о другом характере катастрофы.Согласно одной из гипотез, сверхновые первого типа образуются из белых карликов. Их полно в космосе, но не все взрываются. Индийский ученый Чандрасекар вычислил, что белый карлик может стабильно существовать, если его масса не более 1,4 массы Солнца. В противном случае он погибнет в термоядерном взрыве.Но с чего вдруг белый карлик начнет набирать массу? Оказывается, многие из них вращаются в тесной паре с двойником. Постепенно один забирает из другого вещество и увеличивается в размерах. Когда он преодолевает предел Чандрасекара, происходит термоядерный взрыв. От звезды остается только разлетающаяся во все стороны оболочка. Эта гипотеза уже в наши дни подтвердилась экспериментальными наблюдениями.К этому типу относят, например, SN 1572 — сверхновую, вспыхнувшую в 1572 году в созвездии Кассиопеи. Ее рождение и угасание наблюдал астроном Тихо Браге. В середине XX века на месте этого объекта обнаружили источник радиоизлучения, а затем увидели и сам остаток сверхновой в оптическом диапазоне.Сверхновые типа Ia служат для точного измерения космологических расстояний, в 1990-х они помогли доказать, что Вселенная расширяется с ускорением и что пространство наполнено темной энергией — загадочной субстанцией, расталкивающей галактики.Когда взорвется БетельгейзеАстрономы мечтают увидеть воочию взрыв сверхновой, но на безопасном расстоянии. Иначе это событие может привести к катастрофическим последствиям на Земле. Геологи обнаруживают в древних породах и слоях ледников возможные следы взрывов сверхновых в доисторические эпохи, некоторые приписывают им массовые вымирания и гибель цивилизаций. Пока же ближайший кандидат на взрыв в Млечном Пути — ярчайший объект в созвездии Ориона, Бетельгейзе. Это очень старый красный гигант, жизненный путь которого может окончиться в любой момент.А возможно, следующую вспышку придется подождать, поскольку в Млечном Пути они происходят не чаще раза-двух в сто лет. Сверхновые оказывают огромное влияние на Вселенную. Они порождают космические лучи, влияют на межзвездный газ и образование молодых звезд, обогащают среду химическими элементами, в том числе тяжелыми. А это ключевое условие для возникновения жизни земного типа на планетах. Вот почему на изучение сверхновых направлено много усилий. Теперь, если где-то близко — может быть, в нашей Галактике — начнется коллапс звезды, об этом заранее узнают на Земле и направят туда телескопы. Ученые рассчитывают наблюдать и гравитационные волны от рождения сверхновой.

https://ria.ru/20180712/1524377791.html

https://ria.ru/20190617/1555611274.html

https://ria.ru/20190528/1555025942.html

чили

япония

москва

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2019

РИА Новости

4.7

internet-group@rian. ru

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

1920

1080

true

1920

1440

true

https://cdnn21.img.ria.ru/images/135971/66/1359716677_185:0:2814:1972_1920x0_80_0_0_cb77855600e3ef28d8ce27eeddb40ab9.jpg

1920

true

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og. xn--p1ai/awards/

чили, япония, москва, космос — риа наука

Наука, Чили, Япония, Москва, Космос — РИА Наука

МОСКВА, 12 сен — РИА Новости, Татьяна Пичугина. Каждую секунду во Вселенной вспыхивает примерно восемь десятков сверхновых звезд. Сегодня астрономы открывают их тысячами, только в нашей Галактике зарегистрировали около трехсот. Однако наблюдать сам момент взрыва светила — большая удача, особенно с близкого расстояния.

Попали в историю

Большинство звезд медленно сгорают без остатка или постепенно сбрасывают оболочку из газа в окружающее пространство, превращаясь в компактный объект размером с планету — например, в белый карлик. Очень редко (в астрономических, конечно, масштабах) жизнь звезд заканчивается катастрофой.

При взрыве выделяется чудовищное количество энергии в виде нейтрино и электромагнитного излучения. Если это случилось достаточно близко, с Земли событие можно видеть невооруженным глазом — на небе внезапно возникает яркая огромная звезда, которая постепенно, в течение нескольких дней, тускнеет. В наши дни эти звезды называют сверхновыми.

В исторических хрониках сохранились сведения о семи сверхновых. Одну из самых ранних наблюдали китайские, японские и арабские астрономы в 1054 году. От нее остался один из самых изученных космических объектов — Крабовидная туманность, в центре которой находится бешено вращающийся пульсар: в секунду он делает 33 оборота и излучает в различных диапазонах длин волн.

В 1604 году вспышку сверхновой в созвездии Змееносца видели многие средневековые астрономы, включая Иоганна Кеплера. Следующего события такой мощи человечеству пришлось ждать почти четыреста лет.

12 июля 2018, 09:00Наука

Ученые нашли следы взрыва сверхновой звезды рядом с Солнечной системой

Рождение сверхновой

Молодой канадский астроном Ян Шелтон, работая в обсерватории в Чили, случайно открыл в феврале 1987 года взрыв сверхновой в Большом Магеллановом облаке, карликовой галактике — спутнике Млечного Пути в 50 килопарсеках от нас. Вспышка была видна невооруженным глазом и зафиксирована на фотоизображениях.

Ее обозначают как SN 1987A, где первые буквы символизируют сверхновую, буква A указывает, что она первая, обнаруженная в 1987 году.

Оказалось, что за несколько часов до взрыва звезды 23 февраля четыре нейтринных детектора в мире, в том числе Баксанский на Кавказе, зафиксировали аномальные потоки космических нейтрино. На черенковском детекторе «Камиоканде II» в Японии смогли даже вычислить направление на источник вспышки.

Нейтрино — это особый тип фундаментальных частиц, очень слабо взаимодействующий с веществом, поэтому их чрезвычайно сложно обнаружить. Они рождаются в недрах звезд в результате ядерных реакций и летят со скоростью света, пронизывая все на своем пути. Чтобы их уловить, нужны весьма чувствительные, хитро устроенные установки.

17 июня 2019, 08:00Наука

«Все проаннигилировало, мир исчез». Ученый рассказал, что задумали в Японии

Если звезда большая — например, тяжелее Солнца в восемь раз, то постепенно ее центральная часть уплотняется и запускается термоядерная реакция. Со временем в недрах в очень компактном объеме синтезируются гелий, дейтерий, углерод, кислород и далее вплоть до железа. Температура в центре растет, тяжелое ядро звезды все больше сжимается. Оно превращается в плавильный реактор, где атомы распадаются на элементарные частицы и собираются в нейтроны. На этом этапе происходит резкий выброс энергии в виде нейтрино. Именно его способны увидеть на Земле и выдать предупреждение телескопам: «вот координаты, наводитесь, через несколько часов или дней там произойдет рождением сверхновой».

Далее следует быстрый коллапс умирающей звезды: ее внешние оболочки под действием гравитации схлопываются внутрь. Яркость объекта увеличивается в тысячи раз, и если он достаточно близко, то его можно видеть с Земли без телескопа. Взрывная волна уносит энергию и остатки вещества, а в центре остается крошечная нейтронная звезда — пульсар. Или черная дыра. По другим сценариям, возможно образование кварковой звезды.

SN 1987A — результат гибели голубого гиганта Сандулик. За три десятка лет с момента взрыва от него остались только загадочные кольца и источник радио- и рентгеновского излучения. В центре пока ничего не нашли. Возможно, там слишком плотные облака газа или черная дыра себя не проявляет, а может быть, ничего действительно нет.

Эта сверхновая — одна из самых изученных в истории астрономии. Ее рождение наблюдали не только визуально и по нейтрино, но и в различных диапазонах электромагнитного излучения. Сейчас на месте взрыва — шарообразная структура с двумя кольцами. Предполагается, что они остались от звезды-предшественницы, а ударная волна подсветила их. Согласно одной из моделей, внутреннее кольцо погаснет к 2025 году.

SN 1987A все еще сильно светится в радиодиапазоне, что связывают с синхротронным излучением, порождаемым бегущей ударной волной.

Так выглядят остатки сверхновой SN 1987A через 30 лет после вспышки. Радиоизлучение от них усиливается. Загадочные кольца подсвечены энергией ударной волны

Жизнь и смерть белых карликов

Открытие SN 1987A стало значимой вехой в астрономии. Теперь наши инструменты заглядывают в другие галактики и самые далекие уголки космоса. Сейчас открыто около 63 тысяч объектов, в основном это остатки прошлых взрывов. Но случаются и удачи наблюдать момент рождения.

Астроном-любитель из Аргентины Виктор Бусо в сентябре 2016 года испытывал новую камеру для наблюдений. Он направил ее на далекую галактику NGC 613 и случайно снял вспышку звезды. Ей дали название SN 2016gkg. Это исключительный случай, когда удалось зафиксировать участок неба до взрыва и сразу после. После этого новорожденную сверхновую стали наблюдать профессиональные астрономы в большие телескопы.

В рутинном порядке десятками остатки сверхновых открывают астрономы Специальной астрофизической обсерватории на Кавказе и участники российской сети роботов-телескопов МАСТЕР, созданной в МГУ профессором Владимиром Липуновым.

Крабовидная туманность — это остаток сверхновой, вспыхнувшей в 1054 году. Ее рождение наблюдали астрономы древнего мира.

В середине прошлого века ученые разделили сверхновые на I и II типы. Ко второму как раз относится SN 1987A, родившаяся при гравитационном коллапсе массивной звезды. В ее спектре есть водород. К первому типу, точнее к категории Ia, относят остатки взрыва небольших звезд. В их спектрах водорода нет, что говорит о другом характере катастрофы.

Согласно одной из гипотез, сверхновые первого типа образуются из белых карликов. Их полно в космосе, но не все взрываются. Индийский ученый Чандрасекар вычислил, что белый карлик может стабильно существовать, если его масса не более 1,4 массы Солнца. В противном случае он погибнет в термоядерном взрыве.

Но с чего вдруг белый карлик начнет набирать массу? Оказывается, многие из них вращаются в тесной паре с двойником. Постепенно один забирает из другого вещество и увеличивается в размерах. Когда он преодолевает предел Чандрасекара, происходит термоядерный взрыв. От звезды остается только разлетающаяся во все стороны оболочка. Эта гипотеза уже в наши дни подтвердилась экспериментальными наблюдениями.

К этому типу относят, например, SN 1572 — сверхновую, вспыхнувшую в 1572 году в созвездии Кассиопеи. Ее рождение и угасание наблюдал астроном Тихо Браге. В середине XX века на месте этого объекта обнаружили источник радиоизлучения, а затем увидели и сам остаток сверхновой в оптическом диапазоне.

Сверхновые типа Ia служат для точного измерения космологических расстояний, в 1990-х они помогли доказать, что Вселенная расширяется с ускорением и что пространство наполнено темной энергией — загадочной субстанцией, расталкивающей галактики.

Тип сверхновой зависит от звезды-предшественницы.

Когда взорвется Бетельгейзе

Астрономы мечтают увидеть воочию взрыв сверхновой, но на безопасном расстоянии. Иначе это событие может привести к катастрофическим последствиям на Земле. Геологи обнаруживают в древних породах и слоях ледников возможные следы взрывов сверхновых в доисторические эпохи, некоторые приписывают им массовые вымирания и гибель цивилизаций. Пока же ближайший кандидат на взрыв в Млечном Пути — ярчайший объект в созвездии Ориона, Бетельгейзе. Это очень старый красный гигант, жизненный путь которого может окончиться в любой момент.

А возможно, следующую вспышку придется подождать, поскольку в Млечном Пути они происходят не чаще раза-двух в сто лет.

Сверхновые оказывают огромное влияние на Вселенную. Они порождают космические лучи, влияют на межзвездный газ и образование молодых звезд, обогащают среду химическими элементами, в том числе тяжелыми. А это ключевое условие для возникновения жизни земного типа на планетах. Вот почему на изучение сверхновых направлено много усилий. Теперь, если где-то близко — может быть, в нашей Галактике — начнется коллапс звезды, об этом заранее узнают на Земле и направят туда телескопы. Ученые рассчитывают наблюдать и гравитационные волны от рождения сверхновой.

28 мая 2019, 16:47Наука

Человечество встало на ноги благодаря взрыву сверхновой, заявляют ученые

Как умирают массивные звезды. Сверхновая, гиперновая или прямой коллапс?

Если звезда достаточно массивна, она не погаснет, как наше Солнце, которое после медленного горения в течение десятка миллиардов лет, сбросив внешние слои, относительно спокойно превратится в белого карлика. Вместо этого в ядре «тяжеловеса» начнутся безудержные реакции термоядерного синтеза. Они разнесут внешнюю оболочку в грандиозном взрыве сверхновой, а его недра под действием гравитации, стремительно сжимаясь, образуют нейтронную звезду или черную дыру. По крайней мере, так предсказывает общепринятая теория.

Крабовидная туманность — остаток сверхновой, наблюдавшейся в 1054 году. Источник: NASA, ESA, J. Hester and A. Loll (Arizona State University)

Но если звезда еще более массивна, то такого взрыва может и не произойти. В этом случае возможен «прямой коллапс» с образованием черной дыры, которая «проглотит» все вещество светила, не оставив от него никаких видимых следов. Наконец, существует и третий сценарий — взрыв гиперновой, при котором высвобождается значительно больше энергии, чем при взрыве сверхновой, а вещество звезды полностью выбрасывается в окружающее пространство, не оставляя в центре какого бы то ни было компактного остатка. Так как же заканчивают свой жизненный путь сверхмассивные звезды? Вот что об этом говорит наука.

«Обычные» сверхновые

Сразу после рождения в недрах звезд происходят реакции синтеза с превращением водорода в гелий. Эту начальную стадию проходят все светила: и наше Солнце, и красные карлики, которые всего в несколько десятков раз массивнее Юпитера, и гиганты с массами в десятки и сотни солнечных. Чем массивнее звезда, тем выше температура ее ядра и тем быстрее она «сжигает» свое термоядерное горючее. Когда заканчивается водород, звездное ядро сжимается и нагревается до температур, при которых начинает «гореть» гелий, а затем и более тяжелые элементы. В недрах звезд, подобных Солнцу, температура может подняться до значений, достаточных для протекания ядерных реакций синтеза углерода. Но это уже финал их жизненного цикла. Для «запуска» следующей реакции — «горения» углерода (ядерного синтеза на основе углерода) — светило должно иметь массу, по крайней мере, в 8 раз больше солнечной.

Остаток сверхновой — туманность W49B. Масса взорвавшейся звезды как минимум в 8 раз превышала солнечную. Изображение составлено из снимков, сделанных в рентгеновском, инфракрасном и радиодиапазоне. Источник: X-ray: NASA/CXC/MIT/L. Lopez et al.; Infrared: Palomar; Radio: NSF/NRAO/VLA

Солнцеподобные звезды на финальных стадиях эволюции постепенно сбрасывают свои внешние оболочки, образующие планетарные туманности. Их ядра, в свою очередь, медленно сжимаются, превращаясь в белые карлики, обогащенные углеродом и кислородом. В процессе сжатия такие объекты могут пройти стадию красного карлика, богатого «невыгоревшим» гелием. Но реакции термоядерного синтеза на основе гелия в них уже не происходят, и сжатие продолжается до образования белого карлика, состоящего в основном из этого элементa.

Более массивным звездам в конце их активного существования суждено пережить настоящий космический фейерверк. Чаще всего — особенно для объектов с массой, приближающейся к значению в 20 солнечных — при сжатии ядра температура продолжает расти, в результате чего запускаются процессы дальнейшего ядерного синтеза с образованием более тяжелых элементов: кислорода, неона, магния, кремния, серы и далее «вверх» по таблице Менделеева вплоть до железа, кобальта и никеля. Как только синтез самых тяжелых элементов из этого ряда будет требовать больше энергии, чем выделяется при гравитационном сжатии, происходит коллапс ядра и взрыв сверхновой.

Сверхмассивная звезда WR124, относящаяся к редкому классу звезд Вольфа-Райе (Wolf-Rayet). Судя по всему, она уже находится на стадии «сжигания» углерода в своем ядре. Это один из нескольких тысяч объектов Млечного Пути, который может в ближайшее время вспыхнуть как сверхновая. Звезду окружает туманность M1-67, состоящая из постоянно выбрасываемого ею вещества. Возраст этой структуры, исходя из ее размеров и скорости расширения, оценивается примерно в 10 тыс. лет. Источник: ESA/Hubble & NASA

Это впечатляющий конец для многих массивных светил нашей Вселенной. Всего один процент всех звезд имеет достаточную массу для осуществления такого катастрофического сценария. Более массивные объекты встречаются еще реже. По современным оценкам, около 80% звездного населения составляют — красные карлики с массой, не превышающей 40% солнечной. 95% звезд менее массивны, чем наше светило, но некоторые из оставшихся 5% тяжелее Солнца в десятки и даже в сотни раз. Подобные «монстры» встречаются редко, но они чрезвычайно важны для космологии. Дело в том, что взрывы сверхновых — не единственный сценарий гибели таких звезд.

Смерть «тяжеловесов»

У многих массивных светил наблюдаются истечения и выбросы вещества. На некоторых этапах, когда звезда близка к завершению своего жизненного цикла, что-то заставляет ее ядро кратковременно сокращаться, что, в свою очередь, приводит к его разогреву. Когда оно становится горячее, все типы термоядерных реакций ускоряются, что вызывает скачкообразное увеличение выделяемой энергии. Это приводит к выбросу большого количества материи (до десятков солнечных масс), создавая событие, известное как «ложная сверхновая» (supernova impostor). В ходе него яркость объекта значительно возрастает. Примером такой «ложной сверхновой» в XIX веке стала η Киля. Но внутри созданной ею туманности звезда продолжает гореть в ожидании дальнейшей своей судьбы.

Изображение Эта Киля и туманности Гомункул, сделанное телескопом Hubble. Голубой цвет соответствует свечению атомов магния. Красный — выброшенному во время «Великой вспышки» веществу, в котором доминирует азот. Источник: NASA, ESA, N. Smith (University of Arizona) and J. Morse (BoldlyGo Institute)

Какая же участь постигнет светило с массой в 20 раз больше солнечной? Существует три сценария, но пока сложно понять, какие условия могут привести к реализации каждого из них. Одна возможность, о которой мы уже говорили — взрыв сверхновой. Любая сверхмассивная звезда на последних стадиях горения теряет большое количество своего вещества, и в итоге ее масса может стать меньше верхней границы диапазона, обеспечивающего «обычную» вспышку сверхновой. Но есть два других диапазона масс с пока еще неизвестными границами, для которых завершение жизненного цикла реализуется другими путями. Такие сценарии предсказаны теоретически, и они уже наблюдались.

Прямой коллапс

Первый сценарий — прямой коллапс. При взрыве сверхновой ядро звезды продолжает сжиматься и, в зависимости от массы, превращается в нейтронную звезду или в черную дыру. В 2018 году астрономы впервые наблюдали, как объект с массой 25 солнечных просто исчез. Такие «тяжеловесы» не умирают без какого-нибудь катастрофического эффекта, но есть физическое объяснение того, что могло в данном случае произойти: ядро звезды перестало создавать достаточное радиационное давление, чтобы противодействовать гравитационному сжатию. Если ее центральная область становится достаточно плотной (другими словами, если большая масса уплотняется внутри достаточно малого объема) — образуется черная дыра и возникает горизонт событий. Эта черная дыра может поглотить все вещество окружающих ее оболочек.

Предположительная эволюция внутреннего строения сверхмассивной звезды на
завершающих стадиях ее активного существования, ведущих к вспышке сверхновой типа II и образованию черной дыры. Источник: Nicole Rager Fuller for the NSF

Предполагалось, что прямой коллапс возможен для очень массивных светил — с массами, как минимум в 200 раз превышающими солнечную. Но недавние наблюдения исчезновения «маломассивной» звезды (25 солнечных масс) поставило новые вопросы. Вероятно, мы не до конца понимаем процессы, происходящие в звездных недрах: не исключено, что существуют иные условия, при которых звезда может «кануть в небытие», не выбрасывая в межзвездное пространство заметного количества вещества. Если это так, то образование черных дыр посредством подобного коллапса должно быть гораздо более распространенным явлением, чем предполагалось ранее. Возможно, именно таким способом Вселенная создавала сверхмассивные черные дыры на самых ранних этапах своего существования.

Но есть и другой сценарий, который приводит к появлению более зрелищного светового шоу, чем может предложить «обычная» сверхновая — взрыв гиперновой!

Слишком много энергии

Взрывы гиперновых также называют сверхъяркими сверхновыми. В максимуме они имеют намного более высокую яркость и демонстрируют совсем другие кривые блеска на участках его возрастания и падения. Когда вещество, превосходящее по массе Солнце более чем в сто раз, коллапсирует в небольшой объем, выделяется колоссальное количество энергии, достаточное для рождения из фотона пары электрон-позитрон (процесс, обратный аннигиляции). Что такое электроны, нам хорошо известно из повседневной жизни. Позитроны — это античастицы, симметричные электронам, и они очень особенные.

На левом изображении, полученном в 2007 году, видна звезда N6946-Bh2, в 25 раз превышавшая по массе наше Солнце. В 2009-м она ненадолго слегка увеличила яркость, но затем полностью исчезла, как это видно на снимке справа, сделанном в 2015 году. На месте, где раньше была звезда, позже обнаружили слабый инфракрасный источник. Источник: NASA/ESA/C. Kochanek (OSU)

Когда позитроны присутствуют где-то в большом количестве, они неизбежно сталкиваются с любыми окружающими электронами. Такие столкновения приводят к аннигиляции обеих частиц, производя два гамма-фотона с очень специфической высокой энергией. Если скорость образования позитронов (а следовательно, гамма-излучения) достаточно низка, ядро звезды остается стабильным. Но если эта скорость больше некоего предела, все избыточные гамма-фотоны с энергией 511 кэВ и выше будут нагревать ядро. Другими словами, если эти электрон-позитронные пары рождаются с определенной скоростью, но ядро по-прежнему коллапсирует, процесс образования пар ускоряется, продолжая его нагревать. Однако это не может длиться долго и заканчивается грандиозным взрывом гиперновой, после которого вещество массой более сотни солнечных разлетается в пространстве.

Так в представлении художника может выглядеть взрыв гиперновой с более близкого расстояния. Источник: NASA/CXC/M.Weiss

Таким образом, мы имеем четыре возможных сценария «смертного часа» сверхмассивного светила. При первом из них происходит вспышка сверхновой и образуется нейтронная звезда, окруженная газовой туманностью (остатком сверхновой малой массы). При втором вспышка завершается образованием туманности и черной дыры. При третьем возникает только очень массивная черная дыра, поглотившая все вещество окружающих ее оболочек. Наконец, самые массивные звезды оставляют после себя только туманность — остаток гиперновой.

Снимок галактики NGC 1260 с гиперновой SN 2006gy в ближнем инфракрасном диапазоне. Более слабый зеленоватый объект левее и ниже центра — галактическое ядро, которое выглядит значительно более тусклым, чем собственно гиперновая (справа вверху). Источник: Lick/UC Berkeley/J.Bloom & C.Hansen

Раньше, когда мы обнаруживали очень массивную звезду, то могли предположить, что в конечном итоге она вспыхнет как сверхновая с образованием черной дыры или нейтронной звезды. Теперь мы знаем, что есть два других возможных варианта, которые уже наблюдались и должны реализовываться довольно часто в космическом масштабе. Ученые все еще пытаются понять, при каких условиях происходит каждое из этих событий. В следующий раз, когда вы посмотрите на звезду, во много раз превышающую по размеру и массе Солнце, не думайте, что «сверхновая» — это ее обязательный финал. Такие объекты проживают короткую, но бурную жизнь, и имеют несколько вариантов своей гибели. Мы знаем, что наша Вселенная началась со взрыва. Что же касается самых массивных светил, то астрономы до сих пор не уверены, заканчивают ли они свою жизнь грандиозным взрывом, полностью разрушающим их, или же последним вздохом, безвозвратно проваливаясь в гравитационную бездну.

Что такое сверхновая? | Космос

Это изображение Спитцера в искусственных цветах представляет собой композицию данных космического телескопа Спитцер. Это изображение остатка сверхновой звезды Кеплера, полученное в рентгеновском, видимом и инфракрасном диапазонах.
(Изображение предоставлено НАСА/JPL)

Сверхновая — это то, что происходит, когда звезда достигает конца своей жизни и взрывается яркой вспышкой света. Сверхновые могут ненадолго затмить все галактики (открывается в новой вкладке) и излучать на больше энергии, чем наше Солнце (открывается в новой вкладке) будет на протяжении всего срока службы. Они также являются основным источником тяжелых элементов во Вселенной. Согласно НАСА , сверхновые — это «крупнейший взрыв, происходящий в космосе».

Различные цивилизации регистрировали сверхновые задолго до изобретения телескопа в 17 веке. Самая старая зарегистрированная сверхновая — RCW 86, которую китайские астрономы заметили в 185 году нашей эры. Их записи показывают, что эта «гостевая звезда» оставалась в небе восемь месяцев, по данным НАСА.

Связанный: Когда солнце умрет? (открывается в новой вкладке)

Крабовидная туманность (открывается в новой вкладке), возможно, самая известная сверхновая, была впервые замечена китайскими и корейскими астрономами, которые записали этот звездный взрыв в свои записи в 1054 году. видели его, судя по наскальным рисункам, найденным в Аризоне и Нью-Мексико. Сверхновая, сформировавшая Крабовидную туманность, была настолько яркой, что первые астрономы могли видеть ее днем.

Другие сверхновые, которые наблюдались до изобретения телескопа, произошли в 393, 1006, 1181, 1572 годах (исследованные знаменитым астрономом Тихо Браге) и 1604 году. Браге писал о своих наблюдениях «новой звезды» в своей книге « De nova stella (открывается в новой вкладке)», что и дало начало названию «nova».

Термин «сверхновая» впервые был использован Уолтером Бааде и Фрицем Цвикки в обсерватории Маунт-Вилсон , которые использовали его в связи с наблюдаемым ими взрывным событием, названным S Андромеды (также известным как SN 1885A). ), расположенный в Галактика Андромеды (откроется в новой вкладке). Ученые предположили, что сверхновые возникают, когда обычные звезды коллапсируют в нейтронных звезды .

Когда умирают звезды

В среднем сверхновая вспыхивает раз в 50 лет в галактике размером с Млечный Путь , согласно исследованию Европейского космического агентства вкладку). Это означает, что где-то во Вселенной где-то каждые 10 секунд взрывается звезда.0003 Министерство энергетики США (открывается в новой вкладке).

Около 10 миллионов лет назад скопление сверхновых создало «Местный пузырь», газовый пузырь в форме арахиса длиной 300 световых лет в межзвездной среде, окружающей нашу Солнечную систему.

Связанный: Гигантский галактический пузырь способствует звездообразованию, результаты нового исследования

То, как именно умирает звезда, частично зависит от ее массы. Наше Солнце, например, не обладает достаточной массой, чтобы взорваться как сверхновая. (Хотя новости для Земли по-прежнему не очень хорошие, потому что, как только у Солнца закончится ядерное топливо, возможно, через пару миллиардов лет, оно раздуется до красный гигант (откроется в новой вкладке), который, вероятно, испарит наш мир, прежде чем постепенно превратиться в белый карлик (откроется в новой вкладке). ) Но при правильном количестве массы звезда может сгореть в огненном взрыв.

Звезда может превратиться в сверхновую одним из двух способов:

Сверхновая типа I: звезда накапливает вещество от ближайшего соседа до тех пор, пока не начнется неконтролируемая ядерная реакция.

Сверхновая II типа: у звезды заканчивается ядерное топливо, и она коллапсирует под действием собственной гравитации.

Космический телескоп «Хаббл» получил самый подробный вид Крабовидной туманности на одном из самых больших изображений, когда-либо сделанных космической обсерваторией. (Изображение предоставлено НАСА/ЕКА и Джеффом Хестером (Университет штата Аризона).)

(открывается в новой вкладке)

Сверхновые типа II

Давайте сначала посмотрим на более захватывающие типы II. Чтобы звезда взорвалась как сверхновая типа II, она должна быть в несколько раз массивнее Солнца (оценки варьируются от 8 до 15 солнечных масс (откроется в новой вкладке)). Как и у Солнца, у него в конце концов закончится водород, а затем и гелиевое топливо в его ядре. Однако у него будет достаточно массы и давления, чтобы расплавить углерод.

Затем в центре постепенно накапливаются более тяжелые элементы, и звезда образует слои вещества, похожие на луковицу, причем элементы становятся легче по направлению к внешней стороне звезды. Как только ядро звезды превышает определенную массу (называемую пределом Чандрасекара), оно начинает взрываться. По этой причине эти сверхновые типа II также известны как сверхновые с коллапсом ядра.

Связанный: Звездный удар сверхновой? Возможно, наблюдается новый тип звездного взрыва

В конце концов имплозия отскакивает от ядра, выбрасывая звездный материал в космос, образуя сверхновую. Остался сверхплотный объект, называемый нейтронной звездой, объект размером с город, который упаковывает массу Солнца в маленьком пространстве.

Подкатегории сверхновых типа II классифицируются на основе их кривых блеска, которые описывают, как интенсивность света изменяется с течением времени. Свет сверхновых типа II-L неуклонно снижается после взрыва, в то время как свет сверхновых типа II-P остается стабильным в течение более длительного периода, прежде чем уменьшиться. Оба типа имеют сигнатуру водорода в своих спектрах.

Звезды намного массивнее Солнца (около 20-30 солнечных масс) могут не взорваться как сверхновые, считают астрономы. Вместо этого они коллапсируют, образуя черных дыры (открывается в новой вкладке).

На этом рентгеновском снимке Чандра изображена Кассиопея A (сокращенно Cas A), самый молодой остаток сверхновой в Млечном Пути. (Изображение предоставлено NASA/CXC/MIT/UMass Amherst/M.D.Stage et al.)

Сверхновые типа I

Сверхновые типа I не имеют водородной сигнатуры в своих световых спектрах, и обычно считается, что они возникли от белых карликов в близком бинарная звездная система (откроется в новой вкладке). По мере того, как газ звезды-компаньона скапливается на белом карлике, белый карлик постепенно сжимается и в конечном итоге запускает неконтролируемую ядерную реакцию внутри, которая в конечном итоге приводит к катастрофической вспышке сверхновой.

Астрономы используют сверхновые типа Ia в качестве «стандартных свечей» для измерения космических расстояний, потому что считается, что все они сияют с одинаковой яркостью на своих пиках.

Сверхновые типа Ib и Ic также претерпевают коллапс ядра, как и сверхновые типа II, но они потеряли большую часть своего внешнего водородного слоя. В 2014 году ученые обнаружили слабую, труднодоступную звезду-компаньон сверхновой типа Ib. На поиски ушло два десятилетия, поскольку звезда-компаньон сияла гораздо слабее яркой сверхновой.

Связанный: 20-летняя тайна сверхновой наконец раскрыта

Наблюдение за сверхновой

Недавние исследования показали, что перед взрывом сверхновые вибрируют, как гигантские динамики, и издают слышимый гул.

В 2008 году ученые впервые поймали сверхновую в процессе взрыва . Глядя на экран своего компьютера, астроном Алисия Содерберг ожидала увидеть маленькое светящееся пятно месячной сверхновой. Но вместо этого она и ее коллега увидели странную, чрезвычайно яркую пятиминутную вспышку рентгеновских лучей.

Благодаря этому наблюдению они стали первыми астрономами, поймавшими звезду в процессе взрыва. Новая сверхновая получила название SN 2008D. Дальнейшее исследование показало, что сверхновая обладала некоторыми необычными свойствами.

«Наши наблюдения и моделирование показывают, что это довольно необычное событие, которое лучше понять с точки зрения объекта, лежащего на границе между обычными сверхновыми и гамма-всплесками», — сказал Паоло Маццали, итальянский астрофизик из обсерватории Падуи и Об этом в интервью Space.com в 2008 году рассказал Институт астрофизики Макса Планка.

Дополнительные ресурсы

Чтобы узнать больше о сверхновых и их открытии, ознакомьтесь с « The Supernova Story » (Princeton University Press, 1994) Лоуренса Маршалла. Вы также можете рассмотреть возможность чтения A.G.W. Кэмерона «Звездная эволюция , ядерная астрофизика и нуклеогенез (открывается в новой вкладке)» (Dover Publications, 2013). А для доступной книги обо всем жизненном цикле звезды ознакомьтесь с « Жизнь и смерть звезд 9».0004 (открывается в новой вкладке)» (Cambridge University Press, 2013) Кеннета Ланга.

Библиография

НАСА, 2013. «Что такое сверхновая?» /5-8/features/nasa-knows/what-is-a-supernova.html
Diehl, R., Halloin, H., Kretschmer, K. и др. Радиоактивный 26Al из массивного звезды в Галактике. Nature 439, 45–47 (2006). https://doi.org/10.1038/nature04364 (открывается в новой вкладке)
Управление науки Министерства энергетики США. «DOE объясняет… сверхновые. https://www.energy.gov/science/doe-explainssupernovae (открывается в новой вкладке)

Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].

Андреа Томпсон — помощник редактора журнала Scientific American, где она освещает вопросы устойчивого развития, энергетики и окружающей среды. До этого она была старшим автором статей о климатологии в Climate Central, а также репортером и редактором в Live Science, где в основном освещала науку о Земле и окружающую среду. Она имеет степень бакалавра наук и степень магистра наук в области химии атмосферы Технологического института Джорджии.

информации о сверхновых и факты | National Geographic

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

1 / 4

На этом изображении 1991 года показана небольшая часть остатка сверхновой Петли Лебедя. Показанная здесь формация отмечает внешний край расширяющейся взрывной волны от колоссального звездного взрыва, произошедшего около 15 000 лет назад. Взрывная волна врезается в облака межзвездного газа, заставляя его светиться и раскрывая информацию о составе газа.

Фотография предоставлена Дж. Дж. Хестером (Университет штата Аризона)/НАСА

Некоторые звезды не тускнеют, а сгорают. Эти звезды заканчивают свою эволюцию массивными космическими взрывами, известными как сверхновые.

Когда взрываются сверхновые, они выбрасывают материю в космос со скоростью от 9 000 до 25 000 миль (от 15 000 до 40 000 километров) в секунду. Эти взрывы производят большую часть материала во Вселенной, включая некоторые элементы, такие как железо, из которых состоит наша планета и даже мы сами. Тяжелые элементы производятся только в сверхновых, поэтому все мы несем остатки этих далеких взрывов в своих телах.

Сверхновые обогащают космические облака пыли и газа, увеличивая межзвездное разнообразие и создавая ударную волну, которая сжимает облака газа, способствуя формированию новых звезд.

Но лишь немногие избранные звезды становятся сверхновыми. Многие звезды остывают в более позднем возрасте, чтобы закончить свои дни как белые карлики, а затем и черные карлики.

Звездный синтез

Но массивные звезды, во много раз крупнее нашего Солнца, могут образовать сверхновую, когда в процессе синтеза в их ядре закончится топливо. Звездный синтез обеспечивает постоянное внешнее давление, которое существует в равновесии с собственным внутренним гравитационным притяжением звезды, управляемым массой. Когда синтез замедляется, внешнее давление падает, и ядро звезды начинает конденсироваться под действием гравитации, становясь все плотнее и горячее.

Внешне такие звезды начинают расти, превращаясь в тела, известные как красные сверхгиганты. Но в их ядрах продолжается сжатие, что делает неизбежным взрыв сверхновой.

Когда ядро звезды сжимается до критической точки, начинается серия ядерных реакций. Этот синтез на какое-то время предотвращает коллапс ядра, но только до тех пор, пока ядро не будет состоять в основном из железа, которое больше не может поддерживать звездный синтез.

За микросекунду температура ядра может достигать миллиардов градусов Цельсия. Атомы железа сжимаются настолько близко друг к другу, что силы отталкивания их ядер вызывают отдачу сжатого ядра — отскок, который заставляет звезду взорваться как сверхновую и породить огромную перегретую ударную волну.

Белые карлики и черные дыры

Сверхновые также встречаются в двойных звездных системах. Меньшие звезды, масса которых до восьми раз превышает массу нашего Солнца, обычно превращаются в белых карликов. Звезда, сконденсированная до такого размера, примерно как Земля, очень плотная и, следовательно, обладает достаточно сильным гравитационным притяжением, чтобы собрать материал от второй звезды системы, если она находится достаточно близко.

Если белый карлик набирает достаточную массу, он достигает уровня, называемого пределом Чандрасекара. В этот момент давление в ее центре станет настолько большим, что произойдет неуправляемый синтез, и звезда взорвется в термоядерную сверхновую.

Сверхновая может освещать небо в течение нескольких недель, а массивный перенос материи и энергии оставляет после себя совсем другую звезду.

Обычно только крошечное нейтронное ядро, вращающаяся нейтронная звезда, остается свидетельством сверхновой. Нейтронные звезды излучают радиоволны постоянным потоком или, как пульсары, прерывистыми вспышками.

Если звезда была настолько массивной (как минимум в десять раз больше нашего Солнца), что оставляет после себя большое ядро, произойдет новое явление. Поскольку такое выгоревшее ядро не имеет источника энергии для плавления и, следовательно, не производит внешнего давления, оно может быть поглощено собственной гравитацией и превратиться в космическую воронку для энергии и материи — черную дыру.