Содержание
Почему взрываются звёзды / Хабр
Звезда может погибнуть разными способами, но обычно люди думают, что звёзды взрываются.
Термин «сверхновая» описывает взрывы с выделением большого количества энергии в момент, когда определённые звёзды достигают определённой стадии развития. Сверхновые могут сиять ярче целых галактик, и разрушать всё, что находится в сотне световых лет от них. Но сверхновые – не просто удивительное природное явления. Это самые важные явления, необходимый для развития сложной материи и в том числе, жизни.
Поиск сверхновых астрономами
Начнём с того, как возникают сверхновые. Когда в одном месте собирается достаточно газа, его масса начинает оказывать гравитационное действие, сфокусированное в центре облака. Когда давление превосходит определённый предел, атомы водорода в центре сферы начинают претерпевать синтез, зажигающий газ и превращающий его в звезду. Но всё время жизни звезды и её горения существует противодействие между давлением температурной реакции, направленным наружу, и гравитационным сжатием, направленным внутрь.
Представление художника о первых звёздах
За миллиарды лет горения действующее наружу давление уменьшается, а гравитационная сила остаётся примерно такой же. Поэтому при остывании малых и средних звёзд гравитация в них начинает выигрывать – но поскольку эти звёзды не очень велики, гравитация не приводит ни к чему другому, кроме как к удержанию материи вместе. Такая безопасно остывшая звезда зовётся белым карликом. Предел массы, который необходим для возникновения сверхновой, называется пределом Чандрасекара, и равен примерно 1,4 массы Солнца. Если звезда меньше, то погаснет она мирно.
Сверхновые настолько ярки, что выделяются даже на фоне галактик
При этом белый карлик ещё может зажечь под конец жизни. В принципе, такие звёзды можно зажечь заново. Она может притянуть к себе достаточно массы, чтобы давление в центре сильно увеличилось, и начался синтез углерода. Тогда начнётся неустойчивая реакция синтеза, которая приведёт к взрыву.
Либо, если ядро белого карлика будет состоять в основном из неона, его ядро сколлапсирует, что также приведёт к взрыву – но только после него останется нейтронная звезда.
Почти всегда так происходит в бинарных системах, в которых одна звезда приближается к пределу Чандрасекара, высасывая материю у своего партнёра. Поскольку астрономы не могут исследовать содержимое ядра звезды, они не знают, по какому из двух путей пойдёт её развитие.
Остатки сверхновой Тихо
У звёзд массивнее, чем 1,4 масс Солнца, жизненный цикл другой. Красный гигант медленно сгорает, при этом его гравитация оказывается достаточно сильной, чтобы вызвать коллапс ядра и взрыв сверхновой. Звёзды массой от 1,4 до 3 солнечных коллапсируют в нейтронные звёзды.
Звёзды тяжелее тоже коллапсируют, но при этом не останавливаются до тех пор, пока не превратятся в чёрную дыру. Это довольно редкое событие. Хотя чёрных дыр во Вселенной достаточно много, их гораздо меньше, чем остальных типов остатков звёзд.
Как художник видит бинарную систему
Сверхновые могут появиться и другими путями. К примеру, хотя большинство белых карликов медленно набирают массу, некоторые звёзды могут получить быстрый прирост массы (например, от столкновения с другой звездой) и быстро преодолеть предел Чандрасекара – так быстро, что они не успеют начать коллапсировать.
У сверхновых есть несколько применений для астрономии. Например, сверхновые типа Ia (белый карлик, осуществивший углеродный синтез), шлёт в космос равномерные сигналы. Поэтому их окрестили «стандартными свечками», поскольку они служат учёным эталонами для оптических измерений. Правда, последние исследования говорят о том, что эти свечки не такие уж стандартные, как считалось ранее.
Но речь шла о том, что сверхновые – это не только прикольные и полезные явления. Чтобы породить элементы тяжелее углерода и неона, обычные звёзды не подходят. С этим справятся только сверхновые, умирающие звёзды.
Практически всё, с чем мы имеем дело, в какой-то момент было выброшено звездой в последние моменты её жизни. Земля – каменистый набор останков, выброшенных сверхновой. А также все кометы, астероиды и всё остальное, состоящие из более тяжёлой материи. И мы сами, состоящие из материи, взятой на Земле, созданы из обломков сверхновой.
Сверхновая: что это такое, как образовано и как идентифицировать
Во вселенной вещи тоже в некотором роде «умирают», они не вечны.
У звезд, которые мы видим над небом, тоже есть конец. То, как они умирают, вызывает сверхновая звезда. Сегодня мы собираемся сосредоточиться на том, что такое сверхновая, как она образуется и какие последствия имеет то, что она есть во Вселенной.
Если вы хотите узнать больше о сверхновой, это ваш пост.
Индекс
- 1 Что такое сверхновая
- 2 Механизм звезд
- 3 Сверхновая звезда с Земли
Что такое сверхновая
Все эти сверхновые звезды возникли в 1604 году, когда астроном Иоганн Кеплер. Этот ученый обнаружил появление на небе новой звезды. Речь идет о созвездии Змееносца. Это созвездие могло видеть его только 18 месяцев. В то время не понимали, что то, что Кеплер на самом деле видел в небе, было не более чем сверхновой. Сегодня мы уже знаем, что такое сверхновые и как мы видим их в небе. Например, Casiopea это сверхновая звезда.
И заключается в том, что сверхновая — это не что иное, как взрыв звезды, который происходит в конце жизненного цикла звезды.
Это маленькие государства, которые запускают во всех направлениях всю материю, содержащуюся в звезде. Ученые всегда задавались вопросом, почему звезды взрываются таким образом, когда они уже умирают. Известно, что звезда взрывается, когда заканчивается топливо, которое генерирует энергию в ядре звезды. Это вызывает давление излучения, которое постоянно препятствует коллапсу звезды, и звезда уступает место силе тяжести.
Когда это происходит, образуются звездные остатки, нестабильные по отношению к гравитации, которая не прекращается в любое время. В конце концов, как и многие вещи на Земле, которые зависят от топлива, то же самое происходит и со звездой. Без того топлива, которое питает звезду, он не может продолжать сиять в небе.
Есть два типа сверхновых. Те, которые образованы с массой в 10 раз больше массы Солнца, и те, которые менее массивны. Звезды, которые в 10 раз больше Солнца, называются массивными звездами. Эти звезды производят сверхновые намного большего размера, когда они подходят к концу.
Они способны образовывать после взрыва звездный остаток, который мог бы быть либо нейтронной звездой, либо черная дыра.
Механизм звезд
Есть еще одна система, которая вызывает появление сверхновой, и это происходит не в результате взрыва звезды. Он известен как «каннибальский» механизм. и это приводит к появлению сверхновой звезды, где белый карлик, так сказать, съедает своего партнера. Для этого необходима двоичная система. И дело в том, что белый карлик не может взорваться, но он постепенно остывает, поскольку у него заканчивается топливо. Постепенно она становится меньше и менее светящейся порой.
Следовательно, этот механизм рождения сверхновой требует двойной системы, в которой может происходить слияние одного белого карлика с другим. Также может случиться так, что ядро звезды уже на финальной стадии эволюции съедает своего спутника. В случае этих двойных систем белый карлик, который вот-вот умрет, должен получать материю от своего партнера, пока не сформирует определенную массу.
Обычно эта масса имеет предел размера, который обычно в 1,4 раза превышает размер Солнца.. В этом пределе, называемом пределом Чандрасекара, быстрое сжатие, которое происходит внутри, заставляет термоядерное топливо, образующее сверхновую, снова воспламеняться. Это термоядерное топливо — не что иное, как смесь углерода и кислорода с высокой плотностью.
Единственный способ сделать это — передать ей массу другой звездой, а это возможно только в двойной системе. Когда это происходит, умирающая звезда взрывается и забирает свою сестру, не оставляя в живых. Так случилось в 1604 году со звездой Кеплера.
После взрыва этих двойных систем остаются только облака пыли и газа. В некоторых случаях возможно, что звезда-компаньон, которая может переместиться из своего первоначального местоположения, останется из-за большой ударной волны, созданной взрывом.
Сверхновая звезда с Земли
Как мы несколько раз упоминали в этой статье, Кеплер смог увидеть сверхновую в небе в 1604 году.
Конечно, в то время он не совсем понимал, что он видит. Благодаря разработанной сегодня технологии у нас есть более сложные и эффективные инструменты для измерения и наблюдения с те из нас, кто может наблюдать звездные взрывы даже за пределами Млечного Пути.
Они населяли взрывы звезд, которые вошли в историю и которые наблюдались с нашей планеты. Эти сверхновые звезды выглядели так, как будто они были новыми звездными объектами, и их яркость сильно возросла. Так продолжалось до такой степени, что он стал самым ярким объектом на небе. Представьте себе, что изо дня в день вы наблюдаете за Вселенной и вдруг однажды визуализируете очень яркий объект в небе. Вероятно, это сверхновая звезда.
Известно, что сверхновая, которую наблюдал Кеплер, Он был ярче, чем планеты Солнечная система как Юпитер и Марс, но меньше, чем Венера. Следует также сказать, что яркость сверхновой звезды меньше яркости Солнца и Луны. Вы также должны учитывать скорость, с которой свет достигает Земли, и знать расстояние, на котором возникает сверхновая.
Если этот взрыв происходит за пределами Млечного Пути, мы, вероятно, видим взрыв, который уже произошел, но из-за большого расстояния до нас требуется больше времени.
Я надеюсь, что с этой информацией вы сможете больше узнать о сверхновой.
Почему звезды взрываются? | Museum of Science, Boston
Мы спросили Кейти из нашего собственного Планетария Чарльза Хейдена все, что мы могли подумать о сверхновой — когда звезда буквально взрывается — во время этого подкаста Pulsar, предоставленного вам #MOSatHome. Мы задаем вопросы, присланные слушателями, поэтому, если у вас есть вопрос, который вы хотели бы задать эксперту, отправьте его нам по адресу [email protected].
ЭРИК: Звезды ярко горят миллионы или миллиарды лет.
А потом иногда взрываются.
Я ваш хозяин, Эрик, и сегодня в Pulsar мы отвечаем на некоторые из самых распространенных вопросов, которые нам задают в Музее науки о том, почему звезды взрываются и что происходит, когда они взрываются.
Ко мне снова присоединилась Кейти из нашего Планетария Чарльза Хейдена. Кейти, добро пожаловать обратно в подкаст.
CAITY: Всем привет. Спасибо, Эрик.
ЭРИК: Итак, сегодня мы говорим о взрывах звезд, и я подумал, что неплохо было бы начать с того, почему звезды не взрываются? Можете ли вы рассказать нам о том, как звезда может быть стабильной, производя так много тепла, света и энергии?
CAITY: Звезды в основном состоят из водорода и гелия. А в ядре звезды очень, очень высокие давления и температуры, которые могут заставить атомы водорода, например, столкнуться друг с другом.
И если они столкнутся вместе, они могут образовать атом гелия. Этот процесс немного сложнее или немного сложнее. Но, по сути, это водород, который плавится, образуя гелий, и в то же время высвобождает энергию. И та энергия, которая исходит от этого процесса слияния, создает эту внешнюю силу давления.
Звезды в течение своей жизни находятся в так называемом гидростатическом равновесии.
Это означает, что реакции, которые происходят в их ядре, производят достаточно энергии, чтобы поддерживать звезду в надутом состоянии и как бы уравновешивать гравитацию всего материала, из которого состоит звезда, желая как бы разрушить ее.
ЭРИК: Итак, гравитация притягивает, ядро генерирует энергию и выталкивает, эти две огромные силы в идеальном равновесии придают звезде красивую круглую форму.
CAITY: Точно. Да, эти две силы ведут гигантскую битву.
ЭРИК: Теперь у нас много людей спрашивают, взорвется ли солнце. К счастью, мы можем сказать им, что это не так. У него гораздо более пологий конец дороги.
CAITY: Да. В яблочко. Итак, наше Солнце на самом деле является средней звездой, поэтому оно не особенно большое или совсем маленькое. Таким образом, средние звезды не обладают достаточной массой, чтобы взорваться в конце своей жизни. И у нашего Солнца есть еще 4, 1/2 или 5 миллиардов лет, прежде чем оно все равно начнет израсходовать топливо.
ЭРИК: Так что никакого взрыва солнца. Что будет с ним через миллиарды лет?
CAITY: Итак, наше солнце какое-то время расширяется. Он превратится в красного гиганта, гораздо более крупную звезду, занимающую гораздо больше места. И на поверхности будет немного прохладнее, и он на самом деле станет настолько большим, что поглотит орбиту Земли. Так что он расширится, а затем, в конце концов, сбросит свои внешние слои газа и сформирует красивую туманность.
ЭРИК: Что ж, похоже, у нас есть несколько миллиардов лет, чтобы придумать новое место для жизни, потому что Земля будет выглядеть не очень хорошо.
CAITY: Да. Определенно.
ЭРИК: Так вот, не все звезды заканчиваются таким образом, и у самых массивных есть финал, который вы ясно видите во всей вселенной. Итак, дайте нам подробности о том, что заставляет звезду взрываться.
CAITY: Итак, если масса звезды хотя бы в восемь раз превышает массу нашего Солнца, она схлопнется сама по себе, как только у нее закончится топливо.
Итак, как только этот процесс синтеза доходит до железа, когда звезда пытается сплавить железо, ей не хватает энергии для этого, поэтому в этом случае гравитация побеждает в битве.
Он больше не может оставаться надутым. Таким образом, гравитация заставляет звезду коллапсировать сама в себя, а затем она как бы отскакивает в этой действительно массивной ударной волне, которую мы называем сверхновой.
ЭРИК: Все ядро звезды коллапсирует под действием собственной гравитации, сколько времени это занимает?
CAITY: Отличный вопрос, потому что есть несколько разных шагов. Так что реальный коллапс звезды, особенно ядра, происходит очень и очень быстро. Это происходит за долю секунды.
Этот материал движется со скоростью, равной четверти скорости света, а затем настоящей ударной волне или этому отскоку требуется несколько часов, чтобы добраться от ядра до поверхности звезды, потому что на пути слишком много материала.
Но это занимает пару часов, а затем вещество, которое только что выбрасывается в космос, может также двигаться очень быстро со скоростью, составляющей долю скорости света.
ЭРИК: Получается, что сразу высвобождается тонна энергии.
CAITY: Что мне больше всего нравится во взрывающихся звездах, так это то, что в них затрачивается так много энергии. Это одни из самых жестоких и энергичных событий во Вселенной.
И эта энергия взрыва может сплавить железо и элементы еще тяжелее этого, поэтому мы получаем золото и серебро вплоть до урана. И что действительно здорово, так это то, что в наших телах так много элементов, которые буквально появились в результате взрыва звезд.
ЭРИК: Это так здорово, что мы сделаны из обломков взрыва звезды. Мы также получаем много вопросов о том, что остается после взрыва звезды. Так что же происходит с частями, которые не сдуваются ветром?
CAITY: Итак, ядро звезды коллапсирует, когда остальная часть взрывается наружу. Так что это ядро будет продолжать разрушаться под действием собственной гравитации, и оно может сформировать один из двух объектов.
Она может стать чем-то вроде нейтронной звезды или превратиться в черную дыру.
ЭРИК: ОК. Нейтронная звезда звучит до смешного круто, как будто из плохого научно-фантастического фильма. Откуда он получил свое название?
CAITY: Таким образом, нейтронная звезда называется нейтронной звездой из-за их плотности. Итак, у вас есть весь этот материал, сжатый до размеров небольшого города.
У вас там так много массы сплющено, что протоны и электроны, из которых состоят атомы, фактически сжимаются вместе из-за высокой плотности. И поэтому у вас больше нет ни положительно, ни отрицательно заряженных частиц. Теперь у вас есть только нейтроны. Так что, по сути, это просто гигантский шар нейтронов.
ЭРИК: Итак, огромное количество массы в крошечном, крошечном пространстве.
КЭЙТИ: Да, точно. Это все равно, что пытаться раздавить два солнца до размеров Бостона.
ЭРИК: Это сильно.
Другой результат, о котором вы упомянули, — это черная дыра, и мы получаем так много вопросов о них, что нам придется потратить целый эпизод, по крайней мере, говоря о них. Но можете ли вы сказать нам, что такое черная дыра и почему мы ее так называем?
ЦЕНТР: Да. Так что черные дыры даже плотнее нейтронных звезд. Черная дыра возникает, когда весь материал, из которого состоит ядро взорвавшейся звезды, схлопывается в бесконечно маленькую точку. Таким образом, вы можете подумать о том, чтобы взять массу, в 10 раз превышающую массу нашего Солнца, и сжать ее в точку в конце предложения, но даже меньшего размера.
Таким образом, эти объекты, эти черные дыры, имеют такую большую массу в таком маленьком пространстве, что их гравитация огромна. Если даже свет окажется слишком близко к черной дыре, он не сможет убежать.
Чтобы выбраться из черной дыры, нужно двигаться быстрее скорости света. И мы не знаем ничего, что могло бы это сделать. Так что нет света, который на самом деле отражается от черной дыры.
Вот почему мы называем их черными.
ЭРИК: Так что, несмотря на то, что их гравитация невероятно сильна, на самом деле они ничего не всасывают.
CAITY: Верно. Да, это не гигантские космические пылесосы.
ЭРИК: В одной из наших прямых трансляций «Спросите ученого» мы получили вопрос от героя о Крабовидной туманности. Это действительно красивый объект глубокого космоса, и Махиро хотел знать, почему он выглядит как взрыв?
CAITY: Крабовидная туманность — одна из моих любимых, потому что это остатки сверхновой, которую люди наблюдали около 1000 лет назад. В то время было зафиксировано, что она выглядела как новая звезда на небе, но когда мы сейчас посмотрим в телескопы, мы увидим весь этот материал, оставшийся от взорвавшейся звезды.
ЭРИК: Чтобы закончить, я подумал, что мы могли бы поговорить о звездах, которые мы могли видеть в нашем ночном небе. Нас часто спрашивают, может ли какой-нибудь из них взорваться в ближайшее время.
И если бы они это сделали, как бы это выглядело с Земли и уничтожило бы нас?
КЭЙТИ: Хороший вопрос. И я часто его получаю, особенно в планетарии. Но да, я имею в виду, что есть несколько звезд, которые мы можем видеть своими глазами, которые приближаются к концу своей жизни и достаточно массивны, чтобы превратиться в сверхновую.
Пара, которая приходит на ум, наша Бетельгейзе в созвездии Ориона или Антарес в созвездии Скорпиона.
И обе эти звезды являются красными сверхгигантами, которые приближаются к концу своей жизни, но трудно сказать точно, когда они станут сверхновыми. Когда астрономы говорят, что скоро, они обычно имеют в виду в пределах 100 000 лет или около того.
Так что трудно точно предсказать, когда это произойдет, но они находятся на таком расстоянии, что это не вызовет никакой тревоги. Он будет выглядеть как очень яркая звезда, может быть, пару недель. Вы сможете увидеть его и днем. Так что это будет очень ярко, а затем, в конце концов, погаснет.
ЭРИК: Что ж, если это просто отличное шоу без испарения земли, то, надеюсь, мы увидим хорошую сверхновую еще при жизни.
ЦЕНТР: Это было бы лучше всего.
ЭРИК: Что ж, Кейти, большое спасибо, что рассказала нам о взрывающихся звездах.
CAITY: Да, спасибо, Эрик. Большое спасибо, что пригласили меня.
ЭРИК: Чтобы узнать больше о вещах в ночном небе, которые могут взорваться в любой момент, настройтесь на шоу в нашем виртуальном планетарии на mos.org/mosathome.
До следующего раза, продолжайте задавать вопросы.
Музыкальная тема Дестина Хейлмана
Взрывающиеся звезды | Звездное свидание онлайн
Когда звезда, подобная Солнцу, умирает, она сбрасывает свои внешние слои в космос, оставляя свое горячее плотное ядро остывать на протяжении тысячелетий. Но некоторые другие типы звезд умирают с титаническими взрывами, называемыми сверхновыми.
Сверхновая может сиять так же ярко, как целая галактика из миллиардов «обычных» звезд. Некоторые из этих взрывов полностью уничтожают звезду, в то время как другие оставляют после себя либо сверхплотную нейтронную звезду, либо черную дыру — объект с такой мощной гравитацией, что даже свет не может выйти из него.
Сверхновые делятся на две широкие категории, известные как Тип I и Тип II, которые определяются спектром вещества, выбрасываемого в космос, и тем, как звезды становятся ярче и тускнеют. Однако по мере открытия новых сверхновых грань, разделяющая две категории, стирается.
Самые известные сверхновые типа I известны как тип Ia. Тип Ia, вероятно, возникает, когда белая карликовая звезда — «труп» звезды средней массы, подобной Солнцу, — полностью разлетается на куски.
Астрономы подозревают белых карликов в качестве виновников, потому что сверхновые типа Ia обычно возникают в областях космоса, содержащих в основном старые звезды, предполагая, что тип Ia является взрывом долгоживущей звезды. Звезды, которые живут долго, не могут быть особенно массивными, что добавляет правдоподобности теории белых карликов. А в спектрах сверхновых типа Ia практически отсутствует водород — самый распространенный элемент во Вселенной. Вместо этого они показывают много углерода и кислорода, которые входят в состав белого карлика.
Максимальная масса белого карлика в 1,4 раза больше массы Солнца. Эта величина известна как предел Чандрасекара. Белые карлики с массой, близкой к Чандрасекару, практически идентичны, поэтому они подвергаются почти идентичным взрывам.
Самая популярная теория превращения белой карликовой звезды в сверхновую связана с актом звездного каннибализма. Если у белого карлика есть близкая звезда-компаньон, он может украсть газ с поверхности компаньона. Если количество материала, накопленного белым карликом, приблизит его массу к пределу Чандрасекара, белый карлик может взорваться, ничего не оставив после себя.
Остаток сверхновой Крабовидной туманности Звезды, образующие сверхновые типа II, с другой стороны, вероятно, рождаются в спиральных рукавах галактики — областях, населенных множеством молодых ярких звезд — и не живут достаточно долго, чтобы блуждать с мест их рождения.
Поскольку они недолговечны, такие звезды также должны быть массивными.
Яркость типичной сверхновой типа II достигает максимума через неделю или две и остается почти постоянной до двух месяцев. Затем он внезапно падает, после чего в течение следующих нескольких месяцев наблюдается более устойчивое затемнение. Характер излучения света с течением времени соответствует взрыву «сверхгигантской» звезды.
Сверхгигант прошел через последовательность стадий, в ходе которых в его ядре производились все более тяжелые элементы — от водорода к гелию, углероду, кислороду и так далее. Но эта последовательность приходит к насильственному концу, как только ядро превращается в железо. Железо может только поглощать ядерную энергию, но не производить ее. Поскольку она больше не может производить энергию, звезда теряет источник внутреннего давления и коллапсирует.
Когда коллапс достигает критической плотности, он останавливается. В этот момент материя в ядре звезды упакована настолько плотно, что кусок ее вещества размером с кубик сахара будет весить миллионы тонн.