Взрыв суперновой: Сверхновая — Взрыв, которым знаменуется смерть звезды.

Взрыв сверхновой разложили на этапы

Сверхновые звёзды — основной источник элементов жизни во Вселенной. Существование человечества и всего живого стало возможно благодаря тем химическим элементам, которые были получены в результате взрыва сверхновых звёзд. Сверхновые по механизму взрыва делятся на два класса — термоядерный взрыв и коллапс ядра. Природа их значительно различается, но универсальность математических моделей позволяет описать все этапы взрыва сверхновых звёзд.

Изображение взрыва сверхновой AT2018cow и её галактики CGCG 137-068, расположенной на расстоянии около 200 млн световых лет. Изображение получено 17 августа 2018 года. Вставка в левом верхнем углу — увеличенное изображение галактики с указанием местоположения сверхновой. Впервые сверхновая была обнаружена 16 июня 2018 года с помощью телескопа ATLAS на Гавайях. Дальнейшие наблюдения, проведённые большой группой телескопов, в том числе космическими телескопами ESA Integral и XMM-Newton, выявили источник мощного рентгеновского излучения в центре этого беспрецедентно яркого и быстро развивающегося звёздного взрыва. Фото: R. Margutti/W. M. Keck Observatory.

Открыть в полном размере

‹

›

Взрыв сверхновой на основе коллапса ядра — это этап жизненного цикла звёзд с массой, превышающей массу Солнца в восемь раз и более. На этом этапе структура звезды слоистая. Снаружи — оболочка из лёгких ядер водорода, которые в термоядерных реакциях превращаются в ядра гелия. Средний слой — более тяжёлые элементы, такие как углерод и кислород. Ядро звезды представляет собой разогретый до миллиардов градусов и сжатый до больших плотностей газ из самых тяжёлых в звезде элементов — ядер железа.

Когда лёгкое ядерное топ-ливо оболочки выгорает и энергия термоядерных реакций не может противодействовать сдавливающей в центр звезды силе гравитации, происходит сильное сжатие — коллапс ядра. Гравитационное сжатие настолько сильное, что электроны вдавливаются в протоны, и образуется сверхплотное разогретое нейтронное вещество. На определённом этапе оно перестаёт сжиматься, и ничто с внешних оболочек звезды не может проникнуть внутрь. Возникает обратная ударная волна, идущая наружу. Волна несётся сквозь верхние слои вещества со скоростью до 40 тыс. км/с, увлекая за собой вещество в открытый космос. Разлёт разогретого газа сопровождается мощной световой вспышкой, именно её и называют вспышкой сверхновой.

В результате взрыва в центре бывшей звезды остаётся нейтронная звезда с массой, сравнимой с массой Солнца. Вокруг образуется облако межзвёздного вещества, которое может простираться за пределы родной галактики звезды. В «печи» взрыва сверхновой происходит синтез ядер тяжелее железа. Потому сверхновые объективно считаются колыбелью жизни вещества во Вселенной. Изучение вспышек сверхновых может дать ответы на вопросы, как образовалось вещество, окружающее и составляющее нас сегодня. Непосредственное наблюдение за остаточным излучением взрывов сверхновых, дошедшим до Земли спустя миллионы лет, осложняется тем, что 99% энергии взрыва уносится с лёгкими нейтральными частицами — нейтрино. Частицы практически не взаи-
модействуют с материей, а потому сложно обнаружить их детекторами, установленными на Земле. Поэтому ключевую роль в исследовании сверхновых звёзд играют расчёты и моделирование.

Сотрудники лаборатории суперкомпьютерного моделирования Института вычислительной математики и математической геофизики (ИВМиМГ) СО РАН под руководством Игоря Михайловича Куликова с целью воссоздания механизмов и этапов взрыва сверхновой провели расчёты, для которых разработали специальный код, учитывающий многообразие физических процессов и ядерных реакций, происходящих при взрыве сверхновых. Под особенности каждого процесса подбирались имеющиеся в распоряжении вычислительные мощности Сибирского суперкомпьютерного центра СО РАН (ЦКП ССКЦ СО РАН). Об этих расчётах рассказал заведующий лабораторией суперкомпьютерного моделирования ИВМиМГ СО РАН Игорь Геннадьевич Черных на конференции «Суперкомпьютерные дни в России», недавно прошедшей в Москве.

Взрыв сверхновой на основе коллапса ядра обычно начинают рассчитывать в точке максимальной плотности — в геометрическом центре звезды. В этом случае задача симметрична. Новосибирские учёные моделировали не центрально-симметричный термоядерный взрыв сверхновой. В итоге одним расчётом необходимо было описать гидродинамику явления и ядерное горение углерода. Все эти процессы требуют вычислительного оборудования различной конфигурации. Чем сложнее процесс и уравнения, его описывающие, тем больше вычислений необходимо проделать. Соответственно необходимы более мощный процессор, более быстрая и оперативная память.

Чтобы одновременно использовать вычислительные узлы разной конфигурации, специалисты модифицировали часть программного кода, разделив процессы гидродинамики взрыва, коллапса ядра и турбулентного горения вещества. Одни процессы считали с помощью новейших процессоров Intel® на базе микроархитектуры Cascade Lake — 24 ядра на процессор. Количество ядер определяет количество вычислений, проводимых параллельно — независимо друг от друга. Использовали два процессора, то есть 48 ядер и терабайт оперативной памяти. Другая часть физики «поддавалась» моделированию на классических вычислительных узлах на базе процессоров с микроархитектурой Broadwell, младше Cascade Lake на несколько поколений: два процессора по 16 ядер каждый, 128 Гб оперативной памяти. Данные с различных узлов объединялись через высокоскоростную сеть связи.

Использовалось единое адресное пространство для расчёта и хранения данных — некий промежуточный вариант между жёстким диском и оперативной памятью. Необходимость постоянного обмена данными при этом исключается, а потому сокращается время расчёта. Для получения единого адресного пространства (объединения адресных пространств) использована виртуальная машина, создаваемая в операционной системе.

К такой оптимизации физики обратились из-за того, что подобные расчёты требуют вычислительных мощностей, какими не располагает большинство российских исследовательских институтов. По данным сайта www.top500.org, за первое полугодие 2019 года Россия потеряла одну позицию из трёх в списке пятисот ведущих вычислительных комплексов мира — суперкомпьютер «Ломоносов» Московского государственного университета. Суперкомпьютер «Ломоносов-2» Московского государственного университета занимает 93-ю строчку рейтинга, 364-е место принадлежит машине «Cray XC40» — Главного вычислительного центра Росгидромета. Лидером в этом списке по-прежнему остаётся Китай, имеющий 216 суперкомпьютеров. США обладают 113-ю машинами. Практически все остальные мощности распределены между Японией и Евросоюзом.

Оптимизация вычислительной модели и кода расчёта в сочетании с конфигурацией вычислительных мощностей, подобранной под конкретную задачу, — ключ к максимальной производительности в условиях ограниченных возможностей российской действительности. Полученные в результате расчётов изображения поэтапного взрыва сверхновой (типа Ia), по мнению новосибирских учёных, отражают их теоретические представления. Поэтому предложенный способ расчёта весьма перспективен для решения самых разнообразных научных задач на суперЭВМ сравнительно малых мощностей.

Опасен ли внезапный взрыв сверхновой поблизости от Солнца? / Хабр

Для астрономов Земли вспышка сверхновой звезды — давняя мечта. Столько лет, сколько существует телескоп, как основной инструмент изучения Вселенной, сверхновые обходят наши небеса стороной. И это затрудняет изучение такого важного феномена звездной эволюции, когда умирает массивная звезда, превращаясь в нейтронную звезду или даже в черную дыру, из гравитационного плена которой не может вырваться даже свет.

О том, что такие события с некоторой частотой происходили в прошлом, свидетельствуют летописи разных народов и стран, и красивые по виду туманности — сброшенные в процессе взрыва верхние слои погибшей звезды.

Крабовидная туманность в созвездии Тельца — остаток вспышки сверхновой в 1054 году. В каталогах туманных объектов присутствует под номерами M 1 и NGC 1952

Всю эпоху современной астрофизики ученые довольствуются исследованием сверхновых, вспыхивающих в других галактиках — очень далеко — миллионы и миллиарды световых лет от нас. Самая близкая к Солнцу сверхновая за это время вспыхнула в Большом Магеллановом Облаке — карликовой галактике — спутнике Млечного пути. Это тоже — не близко.

Сверхновая SN1987A, вспыхнувшая в туманности Тарантул в Большом Магеллановом облаке в 1987 году. Это ближайшая к Земле вспышка сверхновой за почти 4 столетия. Расстояние до звезды составило 170 тысяч световых лет. Вспышка могла наблюдаться невооруженным глазом, но только в южном полушарии планеты. Максимальный блеск не превысил 3-ю звездную величину, что слабее яркости звезд ковша Большой медведицы. Но это не удивительно, ведь сверхновая располагалась в другой галактике.

Исследование сверхновых таит в себе огромный потенциал в области понимания устройства нашего мира. Сверхновые уже подарили астрономам довольно точный инструмент для измерения межгалактических расстояний. Они проливают свет на многие механизмы и процессы звездной эволюции. Сверхновые дарят вселенной жизнь, ведь именно благодаря им в космическое пространство из недр гибнущей звезды попадают все те химические элементы, из которых состоят планеты, да и все живые существа, населяющие их.

Вспышка сверхновой SN1994D в галактике NGC 4526. Яркость в максимуме не превысила 15 звездную величину — исключительно телескопический объект.

Однако, в последние годы в социальных сетях растет градус настороженности — не погубит ли нашу цивилизацию вспышка близкой сверхновой звезды? И все чаще среди публикаций на эту тему попадаются неутешительные прогнозы.

История показывает, что по меньшей мере десяток вспышек сверхновых звезд мы благополучно в прошлом пережили. Они никак не осложнили жизнь на Земле, и лишь озадачили звездочетов античности и средних веков тем, что продемонстрировали возможность перемен в мире звезд, где подобное считалось невозможным.

Но те сверхновые вспыхивали далеко. А что будет, если вспышка сверхновой случиться поблизости.

Для начала было бы правильным разобраться, что есть “близко” и что есть “далеко” — в межзвездных масштабах расстояний.

Ближайшая к нам звезда — Проксима Центавра — красный карлик, в сотни раз тусклее Солнца — расположена на расстоянии 4 с небольшим светового года. Ни при каких обстоятельствах данная звезда не сможет угрожать нам вспышкой сверхновой. И находящиеся лишь чуть дальше компоненты той же системы — альфы Центавра — звезды, подобные нашему Солнцу — не смогут завершить свою эволюцию столь фееричным образом. Нужно искать звезды помассивнее. Но таковых в ближайшем окружении Солнца нет. Даже яркий Процион — альфа Малого пса — всего в полтора раза массивнее Солнца. Нас же интересуют звезды с массой в 8 солнечных и тяжелее — именно они заканчивают свою эволюцию вспышкой сверхновой.

Физические размеры звезд обманчивы — они могут отличаться в разы, но их массы при этом будут отличаться лишь на проценты.

С другой стороны, известные по историческим летописям вспышки сверхновых звезд, отождествленные с конкретными объектами на небе — пульсарами, нейтронными звездами, планетарными туманностями — все же вспыхивали относительно недалеко — на расстояниях порядка нескольких тысяч световых лет от Земли и Солнца. В галактических масштабах это тоже — где-то рядом, ведь поперечник Галактики Млечный путь около 100 тысяч световых лет.

Кассиопея А — остаток вспышки сверхновой 1572 года на расстоянии 11 тысяч световых лет от нас.

Ученые изучили последствия этих вспышек. Не потому, что это было страшно, а потому что — страшно-интересно. И оказалось, что — да — некоторые последствия есть. В частности, геологические слои Земли, соответствующие конкретным временным периодам, содержат некоторую концентрацию редких изотопов, образоваться которые могли лишь под действием избыточного гамма-излучения. Но количество этих изотопов ограничивается лишь несколькими атомами на тонну вещества — никто бы не нашел, если бы не искал специально. К этому можно добавить повышенную концентрацию оксида азота во льдах Антарктиды — тоже в определенных исторических срезах льда. Оксид азота может образовываться под каталитическим воздействием гамма-излучения.

Но — это и все, что удалось найти, применительно к исторически засвидетельствованным вспышкам сверхновых, расстояния до которых достаточно надежно определены: маркеры вспышек есть, никаких губительных последствий — даже в самом минимальном проявлении — нет.

Кстати, в далекой от серьезной науки прессе регулярно появляются публикации о возможном исчезновении Динозавров именно из-за вспышки близкой сверхновой. Увы, никаких научных оснований они не имеют, ведь следов возможной вспышки сверхновой в отложениях эпохи удаленной на 65 миллионов лет, и в костях динозавров не обнаружено.

Удалось найти некоторые факты в пользу того, что когда очень давно — порядка 2 млрд лет назад — в непосредственной близости от Солнца могла случиться вспышка сверхновой — тогда исчезло до 70% всех живых организмов. Но это лишь предположения, основанные на том, что в геологических слоях, соответствующих упомянутому периоду давности, присутствуют ряд изотопов, происхождение которых вероятно обязано резкому и очень мощному повышению гамма-фона. В то же самое время, это не единственная причина глобального вымирания. Как альтернативная (на самом деле основная) причина рассматривается мощная метеоритная бомбардировка планеты, как следствие прохождения одной из звезд в непосредственной близости от Солнечной системы. Равновесие в облаке Оорта было нарушено, и во внутреннюю часть Солнечной системы устремились миллионы ледяных глыб. Часть из них была поглощена планетами — значительная часть лунных кратеров образовались в этот период. Но Земля уже была окружена плотной атмосферой, что позволило жизни сохраниться и возродиться в полной мере.

Нашлось пограничное ископаемое подтверждение, что примерно 5 миллионов лет назад вспышка сверхновой могла быть совсем близко — в пределах 100 световых лет от Солнечной системы. Изотопный отпечаток вспышки весьма заметен, но свидетельств о массовом вымирании живых организмов в окрестностях этой давности нет — биосфера Земли пережила это и ничего не заметила.

А есть ли в пределах 100 световых лет от Земли и Солнца хоть одно светило, грозящее в будущем вспышкой сверхновой?

Астрономы нашли всего одну потенциальную опасность, да и ту — несбыточную.

Двойная звезда IK Пегаса расположена в 150-ти световых годах от нас и видна невооруженным глазом — на пределе — как светило 6-й звездной величины. Ни одна из звезд этой системы не может дать вспышку сверхновой самостоятельно. Но совместными усилиями это может получиться.

Как такое может произойти?

Одна из звезд системы IK Пегаса является белым карликом, вторая — вступила в стадию превращения в красный гигант (такое случится и с нашим Солнцем — через миллиарды лет, когда водород в его недрах будет исчерпан) Со временем карлик начнет перетягивать к себе верхние слои рыхлого гиганта, наращивая свою массу. Достигнув определенного значения массы (это так называемый предел Чандрасекара — 1,44 массы Солнца) белый карлик получит возможность вспыхнуть сверхновой звездой, и обязательно ей воспользуется. Но к тому времени система IK Пегаса, стремительно удаляющаяся от Солнца, будет уже на гарантированно безопасном расстоянии.

Более близких и опасных кандидатов в сверхновые не обнаружено. И скорее всего их не существует. Но есть вполне вероятные претенденты на скорую вспышку на значительном отдалении, которые обрадуют астрономов, и многим жителям Земли подарят уникальное зрелище, которое будет вполне достойно того, чтобы запомнить его на всю жизнь.

В первую очередь это звезда Бетельгейзе, вспышку которой уже неоднократно предрекали с года на год, но светило пока не торопится. Но и деваться ему некуда — альфа Ориона — Бетельгейзе — уверенно вступила в заключительную фазу звездной эволюции, и теперь вспышка сверхновой и коллапс в черную дыру для этой звезды — лишь вопрос времени.

Еще одна звезда — Антарес — альфа Скорпиона — по всем характеристикам являющаяся практически двойником Бетельгейзе — тоже может вспыхнуть сверхновой в некоторой ближайшей перспективе. Но нужно иметь в виду, что в масштабах жизни звезды эта ближайшая перспектива может реализоваться и через тысячу лет.

Расстояние до обеих этих звезд составляет около 600 световых лет. С такого расстояния Сверхновые совершенно безопасны.

Почему же люди так боятся вспышки сверхновой звезды?

Прежде всего потому, что люди и раньше боялись, и теперь продолжают бояться всего непознанного, нового — того, чего на их жизни до сих пор не случалось. Инстинкт самосохранения призывает ко всему неизвестному, непонятному относиться настороженно и с опаской.

Это в равной степени касается и взрыва сверхновой звезды, прилета инопланетян, солнечных и лунных затмений… Вместе с этим, действительно опасные для себя события, такие как необдуманные действия правительства, из которых люди могут лишиться жизни и потерять все, чего они достигли, как правило проходят для большинства незамеченными, и горевать потом приходится уже на пепелище последствий.

Чем же реально опасны Сверхновые звезды?

Прежде всего они являют собой крайне мощный источник самых высокоэнергетичных видов излучения.

Хотел бы отметить важный момент, который как правило остается за рамками внимания людей:

Излучение само по себе не опасно.

Опасны некоторые виды излучений. И — его интенсивность.

Например, радиоволны совершенно безопасны, но они являются одним из наиболее актуальных для нас видов излучения. Каждый день по многу раз мы подносим к голове — прямо к головному мозгу — мобильный телефон, и можем разговаривать часами. Никаких последствий. Хотя мощность излучения такая, что радиосигнал добивает до ретрансляционной вышки в нескольких километрах.

Вся Вселенная пронизана радиоизлучением. Астрономы изучают космос в радиодиапазоне. И даже если бы не делали этого, радиоволны от всех звезд Мироздания всё равно прошивают нас насквозь без какого-либо вреда для нас.

Тепловое излучение, улавливая которое сейчас исследует Вселенную самый большой орбитальный телескоп имени Джеймса Уэбба, тоже совершенно безопасно. Да мы и сами являемся источниками теплового излучения, что с успехом используется в приборах ночного видения. Хотя здесь уже есть косвенно выраженная опасность для жизни, если прибором ночного видения пользуется снайпер.

Видимый свет — от инфракрасного (некоторые люди видят инфракрасные лучи — самый край теплового излучения) до ультрафиолетового — это самая привычная для нас разновидность излучения, или как говорят иногда — радиации.

Радиация — страшное для многих слово. Но лишь потому, что люди чаще всего не знают, что “радиация” переводится как излучение. И — не более.

Видимый свет — тоже радиация, и — тоже излучение. Вред от него может быть в случае чрезмерной дозировки. В бытовой ситуации он маловероятен, но если посмотреть на Солнце в телескоп без специального фильтра, можно лишиться зрения. И виной тому — световое излучение, но скорее — неосторожность самого наблюдателя.

Отдельно отмечу ультрафиолетовую часть видимого света, которая доступна не всем. Есть живые существа, которые ультрафиолет зрительно воспринимают, Есть те, которые лишены такой зрительной чувствительности. Это похоже на то, как некоторые люди слышат ультразвук, а другие не слышат. Но в отличие от ультразвука, ультрафиолет может приводить к ожогам кожи — при слишком продолжительных солнечных ваннах. В умеренном количестве он полезен и провоцирует выработку защитного пигмента, который в обиходе называют загаром.

Но, как минимум, катастрофических последствий ультрафиолет нашей планете не несет. От его жесткой составляющей — дальнего ультрафиолета — нас надежно защищает атмосфера и озоновый слой. К тому же, от него всегда можно укрыться в помещении, даже в деревянном доме.

А вот дальше начинаются действительно опасные виды излучения (или, говоря иначе, — радиации).

Рентген — один из наиболее высокоэнергетичных видов излучения — он знаком большинству по неприятным медицинским процедурам. Медики его используют потому, что его лучи пронизывают все материалы, кроме металлов и сплавов. Наши кости тоже пропускают рентген, но немного хуже, чем мягкие ткани. Энергия рентгеновских лучей настолько высока, что она способна менять структуру наших тканей, разрушать те или иные химические соединения, в связи с чем может наступить болезнь.

Из космоса к нам поступает относительно небольшое количество рентгеновских лучей, которое в значительной степени задерживается атмосферой, но какой-то частью все же проникает. Рентгеновский фон заметно повышается во время вспышек на Солнце. Условно говоря, каждая вспышка на Солнце — это сверхновая в миниатюре — эдакая микроскопическая её модель. И в излучении солнечных вспышек превалируют высокоэнергетические виды излучения — ультрафиолет, рентген и гамма-лучи.

На поверхности Земли гамма-излучение не представляет опасности — защищает атмосфера (не полностью — проникающая способность гамма-лучей довольно высока), но космонавтам во время солнечных вспышек достается повышенная доза и рентгена и гамма-лучей. Но все же даже в эпоху солнечной активности из-за гамма-излучения не стоит бить тревогу — и космонавты с этим справляются, и мы на дне воздушного океана чувствуем себя хорошо. Будущие колонисты красной планеты без проблем долетят до Марса — просто потому, что в целом интенсивность этих видов излучения не столь высока, чтобы тревожиться, ведь большая часть публикаций об опасности радиации при полетах к другим планетам — ничем не обоснованные фейки.

Но может ли измениться ситуация при взрыве близкой сверхновой звезды?

Как можно догадаться, ни радиоволны, ни тепловое излучение и видимый свет от сверхновой для нас опасности представлять не будут. Но начиная с ультрафиолетовой части спектра и выше — к рентгену и гамма-лучам — могут появиться некоторые проблемы. И чем ближе сверхновая, тем явнее проблемы.

В чем они могут быть выражены?

Об опасности рентгеновских лучей мы уже знаем — передозировка грозит лучевой болезнью. Но вспышка сверхновой — явление кратковременное, и её можно просто переждать в укрытии. Если сверхновая вспыхнула рядом.

С гамма-лучами хуже. Они могут запускать реакцию соединения азота и кислорода — фактически сжигая атмосферу, и это уже не пересидишь в убежище. Строго говоря, ионизация атомов кислорода и азота происходит в нашей атмосфере постоянно, и под действием космической радиации оксид азота образуется, и потом распадается — в очень незначительных количествах. Но с повышением интенсивности гамма-излучения атмосфера Земли может начать разрушаться, и в первую очередь — озоновый слой, который является нашим природным щитом, задерживающим жесткий ультрафиолет.

Эко-система Земли, и в первую очередь её атмосфера, устроены так, что стремятся к восстановлению равновесия. И это свойство нашей планеты позволило развиться жизни и существовать сложным нежным организмам — типа современных людей (мало приспособленных к выживанию в суровых условиях) на протяжении миллионов лет. И многие отклонения от равновесного состояния в конечном итоге закончились восстановлением равновесия и пригодных для комфортной жизни условий.

Но сильные и продолжительные воздействия могут нарушить экосистему безвозвратно.

Может ли такое произойти по вине вспышки сверхновой?

Может. Но лишь в том случае, если сверхновая вспыхнет совсем рядом — на расстоянии ближайших к нам звезд — в нескольких световых годах или — десятках световых лет. И хотя изучение этого вопроса ограничено некоторым недостатком данных, ведь ближайшая к нам сверхновая за последние столетия была обнаружена в другой галактике, и экстремальные прогнозы рассчитаны лишь на основе этого единственного случая, но именно с учетом запаса прочности — наверняка — астрономы могут утверждать, что уже на расстоянии в 100 световых лет и дальше сверхновые безопасны.

Конечно, в период вспышки сверхновой может быть отмечено повышение радиационного фона, но на некритическую величину.

Не закипят моря и океаны, не сдует ударной волной атмосферу, не изменится наклон оси вращения Земли, и не упадет Луна с небес — ничего из этих пророчеств не сбудется.

Кроме уже описанного электромагнитного излучения от вспышки сверхновой звезды нас может достичь тяжелое корпускулярное излучение — поток протонов — фактически, Солнечный ветер, которые омывает нашу планету денно и нощно. Но с ним успешно справляется магнитосфера Земли, ведь протоны — заряженные частицы, и магнитное поле их отклоняет. К тому же протоны летят медленно. Задержка их прибытия сказывается даже при солнечных вспышках — они добираются до Земли на следующий день. От Сверхновой доберутся через сотни лет после того, как мы увидим вспышку, и весьма рыхлым, разреженным фронтом.

Ну, а что же тогда будет?

На небе появится очень яркая звезда — ярче полной Луны, или сравнимая с ней. Она будет видна днем, если будет в это время над горизонтом. На неё не стоит смотреть в бинокль, трубу или телескоп без специального фильтра. Быть может, не все знают, но астрономы используют иногда поглощающие фильтры при наблюдении Луны, но Луна — объект протяженный. Сверхновая в самые сильные телескопы будет объектом точечным. И вся мощность её излучения будет попадать сконцентрировано на небольшой части сетчатки, что с высокой долей вероятности ослепит её.

Никакой разлетающейся в разные стороны туманности вокруг вспыхнувшей Сверхновой сразу увидеть будет нельзя — это дело достаточно длительного промежутка времени. Посчитайте — чтобы на расстоянии в 1000 световых лет увидеть туманность глазом она должна успеть расшириться как минимум на 1 световой год. За какой промежуток времени? — За период вспышки, которая длится месяц? — Это — со скоростью в 10 раз превышающей скорость света?! Такого не бывает!

Оболочка взорвавшейся звезды не может расширяться даже со скоростью в 1/10 часть скорости света. Так что, до появления эффектной туманности вокруг некогда погибшей звезды придется подождать несколько лет. Хотя, астрономы со своими мощными телескопами увидят сброшенную звездой оболочку гораздо раньше.

Описанная ситуация в той или иной степени соответствует ожидаемой вспышке звезды Бетельгейзе, расположенной в 600 световых годах от нас. Но если предположить, что вспышка сверхновой произойдет на рубеже безопасности — в 100 световых годах от Земли и Солнца, то ситуация будет иной.

На небе появится светило сравнимое по яркости с Солнцем. Вполне возможно, что на планете в течении месяца или двух не будет ночей, если выпадет так, что Солнце и Сверхновая будут располагаться по разные стороны от Земли. Видимый свет и тепловое излучение от Сверхновой звезды приведет к заметному росту температуры на планете, а радиационный фон повысится в несколько раз, что поставит каждого землянина в условия космонавта в длительной миссии на МКС. Но все же жители нашей планеты смогут укрыться от прямого излучения сверхновой.

Кстати, целых два года земляне укрывались неизвестно от чего, сидя по домам, выходя на улицу лишь по крайней необходимости, прикрывая кожу лица и рук масками и перчатками. Мало кто понял, — что это такое было? Но подавляющее большинство благополучно с этим как-то справилось. Кому-то даже понравилось. Кому-то несколько надоело. Но если предстоит вновь погрузиться в режим карантина, уже по причине вспышки сверхновой, и всего на месяц, полтора, два — это точно не покажется страшным испытанием.

Все эти теоретические рассуждения не ставят целью готовить людей к преодолению еще одного локдауна. Вспышки сверхновых нам не угрожают. Опасность падения метеорита и исчезновения жизни по другой причине — хотя бы по причине ядерной войны — гораздо более вероятны.

Но в нашем обществе живет много страхов — беспочвенных, необоснованных. Страх — сильнейший яд, который разрушает нас жестче, чем самая жесткая радиация. И мне бы хотелось, чтобы в нашей жизни страха стало меньше — хотя бы на один — на ничем не обусловленный страх перед красивейшим вселенским шоу — вспышкой сверхновой звезды.

В качестве музыкального приложения к статье, под которое статью можно читать, предлагаю один из самых астрофизических по тематике и стилистике моих музыкальных альбомов — Старгейзер:

Здесь можно поддержать меня. И тогда статьи и обзоры астрономической тематики будут публиковаться вновь: Поддержать

почему это событие может быть опасным для Земли

Если сверхновая взорвется недалеко, по космическим меркам, от нас, то это будет настоящая катастрофа. И это может случиться уже в 2022 году.

Related video

Астрономы надеются получить заблаговременное сообщение о том, что недалеко от Земли взорвалась звезда, которая превратилась в сверхновую. Такие данные могут предоставить как наземные телескопы, так и подземные детекторы. В этом случае ученые смогут получить больше информации о том, как создавалась материя в Млечном Пути. Но с другой стороны, такое событие несет определенные опасности для нашей планеты, сообщает The Guardian.

Сверхновые появляются тогда, когда звезда разрушается полностью и свет от этого взрыва может затмить собой весь видимый свет, который наблюдают астрономы. За последнюю 1000 лет ученые могли увидеть подобное событие только 5 раз и это случилось еще до изобретения телескопа.

«Мы имеем представление о сверхновых благодаря тому, что они появляются в других галактиках и благодаря остаткам этих сверхновых в Млечном Пути. Но нам бы хотелось увидеть сверхновую, которая появится недалеко от Земли, чтобы можно было ее изучить с помощью современных телескопов и детекторов», — говорит Стивен Смарт из Королевского университета в Белфасте.

На изображении показана Крабовидная туманность, которая является остатком сверхновой SN 1054, которая взорвалась в 1054 году

Фото: NASA

Взрыв сверхновой и его последствия

Когда взрывается сверхновая, то в результате этого события в космос улетают тяжелые элементы. Поэтому наблюдение за появлением сверхновой в непосредственной близости от Земли позволит ученым получить больше информации о том, как была создана материя в Млечном Пути.

«Большинство тяжелых элементов созданы в результате взрыва сверхновой. Атомы этих элементов обеспечивают галактику необходимым для ее существования веществом. Кстати эти элементы также необходимы и для существования жизни. Например, кальций в ваших костях и железо в вашей крови, и здесь еще можно вспомнить о золоте в кольце на вашем пальце – все это было создано в результате взрыва сверхновой», — говорит Смарт.

По словам ученого, часто в результате взрыва сверхновой остается очень плотная нейтронная звезда. Чтобы лучше понять насколько она плотная, представьте себе спичечный коробок, в котором масса вещества будет составлять примерно 3 млрд тонн. Если же звезда, которая стала сверхновой была очень большой, то это также может привести к тому, что появится черная дыра.

Во время взрыва сверхновой высвобождается огромное количество энергии. За один только взрыв сверхновая выделит столько же энергии, сколько наше Солнце сможет выделить за 10 млрд лет своей жизни. Иногда взрыв сверхновой можно увидеть на Земле даже невооруженным взглядом и днем, ведь в результате этого события выделяется очень много света.

Ученые видели 5 сверхновых, хотя должны были увидеть 20

Ученые считают, что в такой галактике, как Млечный Путь, каждые 1000 лет появляется примерно 20 сверхновых. Но за последнее тысячелетие ученые смогли увидеть только 5 таких событий. Исторические источники указывают на появление сверхновых в 1006, 1054 1181, 1572 и в 1604 годах.

На изображении показаны остатки после взрыва сверхновой SN 1572, которая взорвалась в 1572 году

Фото: NASA

«Но если сверхновые такие яркие, почему люди видели только 5 взрывов вместо прогнозируемых двадцати? Все очень просто. Наша галактика похожа на плоскую пластину, и наша Солнечная система находится примерно в двух третях пути к ее краю. Сверхновая, которая появится на другой стороне это пластины, будет скрыта пылью и звездами, которые находятся в центре галактики», — говорит Марк Салливан из Саутгемптонского университета.

Сверхновые — творцы звезд и планет

Взрывы сверхновых не только является производителями элементов, которые необходимы для жизни, но они также играют важную роль в формировании планет и звезд.

«В результате взрыва сверхновой в космос улетают очень мощные ударные волны. Они сталкиваются с облаками газа и пыли, способствуют их уплотнению. В результате в центрах этих облаков сначала появляются протозвезды, затем они превращаются в настоящие звезды и появляются планеты вокруг этих звезд. Возможно именно так появилось Солнце и вся Солнечная система», — говорит Козимо Инсерра из Университета Кардиффа.

На изображении показаны остатки после взрыва сверхновой SN 1604 или сверхновой Кеплера, которая взорвалась в 1604 году

Фото: NASA

Как взрыв сверхновой может угрожать Земле?

Но в тоже время взрыв сверхновой может представлять угрозу для Земли. По словам ученых, если такое событие произойдет в пределах расстояния в 60 световых лет, то космические лучи могут разрушить озоновый слой нашей планеты. Это значит, что на Землю станет попадать больше ультрафиолетового излучения Солнца, которое является смертельно опасным для всего живого на планете.

«Но такая звезда должна взорваться очень близко к Земле, чтобы случилась такая катастрофа. Пока что у нас нет данных о том, что подобная звезда готова взорваться где-то по соседству с нами», — говорит Салливан.

Но ученые считают, что как минимум две сверхновых взорвались недалеко, по космическим меркам, от Земли в течении последних 10 млн лет. Исследователи считают, что подобные взрывы произошли на расстоянии примерно в 320 световых лет от нас.

К такому выводу ученые пришли благодаря тому, что на планете были обнаружен радиоактивный изотоп железа – железо-60. Этот изотоп создают именно сверхновые и его обнаружили в отложениях возрастом 2,5 и 7 млн лет. Но как эти события повлияли на нашу планету точно не известно. Возможно произошло какое-то изменение климата, говорят ученые.

Остаток сверхновой RCW 103 c нейтронной звездой 1E 161348-5055 в центре

Фото: NASA

Земля уже подвергалась негативному влиянию сверхновой?

В то же время ученые предполагают, что более давние взрывы сверхновых все же могли внести свой негативный вклад в развитие жизни на Земле.

«Одно из массовых вымираний живых существ, которое произошло 360 млн лет назад могло быть связано со взрывом сверхновой. Это может быть был и не один взрыв, но они случились на расстоянии примерно в 65 световых лет от Земли. И эти взрывы стали причиной длительного истощения озонового слоя планеты», — говорит Брайан Филдс из Университета штата Иллинойс.

Если это так, то мощное излучение от взрывов сверхновых, могло лишить Землю части озонового слоя на период в 100 тысяч лет и таким образом привело к массовому вымиранию ранних живых существ на планете, говорят ученые.

Сверхновая появится в 2022 году

Сейчас ученые готовятся к тому, чтобы увидеть первые признаки появления сверхновой недалеко от Земли. В этом им могут помочь подземные детекторы для обнаружения нейтрино.

«Нейтрино — это первое, что возникнет из сверхновой. Если их очень много, то детекторы их зафиксируют, а наземные телескопы будут направлены на источник этих нейтрино. Мы будем готовы изучить первые вспышки света сверхновой и сможем увидеть, как развиваются дальнейшие события», — говорит Смарт.

По словам ученых, они точно уверены, что взрыв сверхновой произойдет в 2022 году. Но произойдет ли он в нашей галактике и тем более вблизи от Земли – пока не известно.

взрывов сверхновых | Обсерватория Лас-Кумбрес

перейти к содержанию

Что такое сверхновая типа Ia?

Сверхновая

Железо не может высвобождать энергию при синтезе, потому что для этого требуется больше энергии, чем выделяется. Таким образом, железное ядро ​​продолжает подвергаться гравитации, которая подталкивает электроны ближе к ядрам, чем позволяет квантовый предел, и они исчезают, соединяясь с протонами, образуя нейтроны, испуская при этом нейтрино. Как только этот процесс начинается, за долю секунды железное ядро ​​размером с Землю и с массой, подобной нашему Солнцу, коллапсирует в нейтронный шар диаметром в несколько километров. Этот гравитационный коллапс высвобождает огромное количество энергии, более чем в 100 раз больше, чем наше Солнце будет излучать за все 10 миллиардов лет своей жизни. Эта энергия уносит внешние слои звезды в космос в результате гигантского взрыва, называемого сверхновой (множественное число: сверхновые). Оставшийся шар нейтронов называется нейтронной звездой и невероятно плотен. В некоторых случаях оставшаяся масса достаточно велика, чтобы гравитация продолжала коллапсировать ядро, пока оно не превратилось в черную дыру.

Взрыв посылает ударную волну на бывшую поверхность звезды, удаляющуюся со скоростью 10 000 км/с и нагревающую ее так, что она ярко сияет около недели. Эта ударная волна сжимает материал, через который она проходит, и является единственным местом, где производятся многие элементы, такие как цинк, серебро, олово, золото, ртуть, свинец и уран. В течение нескольких месяцев газы остывают, теряют яркость и присоединяются к обломкам межзвездного пространства. В этом осколке есть все элементы, которые были созданы в ядре звезды. Миллионы или миллиарды лет спустя этот мусор может стать частью новых звезд. Тот факт, что Земля содержит элементы, которые производятся только в сверхновых, свидетельствует о том, что наша Солнечная система, планета и тела содержат материал, который был произведен давным-давно сверхновой.

Крабовидная туманность — это остаток сверхновой, взорвавшейся в 1054 году нашей эры. Когда Бетельгейзе взорвется как сверхновая, ее яркость будет более чем в 10 раз ярче полной луны на нашем небе. Она находится всего в 640 световых годах от нас и уже могла стать сверхновой, но свет от нее еще не дошел до нас.

Сверхновые встречаются у звезд с массой не менее 8 солнечных.

Доктор Мелисса Грэм описывает различные типы сверхновых

Точно так же, как существуют разные типы звезд, существуют разные типы сверхновых. Они классифицируются эмпирически на основе элементов, идентифицированных в их спектре. Описанные выше сверхновые с коллапсом ядра называются типом II, если в них присутствует водород, типом Ib, если в них присутствует гелий, и типом Ic, если нет ни водорода, ни гелия (это произвольный выбор репрезентативных букв). Хотя эти категории первоначально были определены на основе данных наблюдений, теперь астрономы понимают физические различия звезд-прародителей и их взрывов, которые привели к возникновению этих классификаций. Как описано выше, массивная звезда становится похожей на луковицу с самым тяжелым элементом, железом, сплавленным в центре, и концентрическими оболочками из более легких элементов до гелия и водорода. Поскольку тип Ib не показывает водород, но показывает гелий, это указывает на то, что во время коллапса ядра у звезды не было водородной оболочки. Точно так же тип Ic не имеет ни водородной, ни гелиевой оболочки, и их спектры показывают тяжелые элементы, такие как железо, из ядра. Как это могло произойти? В массивных звездах, которые ярко и горячо горят, радиационное давление достаточно велико, чтобы сдуть внешние слои со звезды. У более массивных звезд больше массы теряется из внешних оболочек — поэтому ожидается, что звезды с массой от 8 до 20 солнечных станут типом II, а более массивные звезды станут типами Ib и Ic. Эта гипотеза подтвердилась для некоторых из ближайших таких сверхновых, когда массивная звезда, видимая на изображениях до взрыва, исчезла. Существует еще одна эмпирическая классификация сверхновых, называемая типом Ia. Как и в случае типа Ic, в типах Ia нет водорода или гелия, но они имеют очень сильные линии поглощения кремния, а также показывают железо. Все типы Ia очень яркие и имеют одинаковую внутреннюю светимость — это означает, что все они выделяют одинаковое количество энергии, и много. Эти характеристики указывают на то, что они не вызваны коллапсом ядра звезды, а являются термоядерными взрывами углеродно-кислородных белых карликов (COWD) звезд массой 1,4 солнечной. Звезда, масса которой изначально составляет 2-8 масс Солнца, недостаточно горяча, чтобы синтезировать элементы тяжелее углерода и кислорода. На этом этапе звезда остывает, сжимается, теряет большую часть своей массы в фазе планетарной туманности и становится звездой COWD. Эти звезды очень плотные — масса Солнца, но размер Земли — и стабильны только тогда, когда масса меньше 1,4 массы Солнца. Однако, если COWD имеет бинарного компаньона, он может аккрецировать материю и расти. При критической массе термоядерная неуправляемая реакция превращает большую часть материала в радиоактивный никель за считанные секунды, который затем распадается до железа. Оставшийся материал сжигается в более легкие элементы, такие как кремний. Хотя звезды COWD слишком слабы для прямого подтверждения того, что они являются прародителями, они являются единственным известным физическим сценарием, который одновременно объясняет яркость, сходство и спектры сверхновых типа Ia.

Дом SpaceBook

Эта глава

Жизненный цикл звезд

Подробнее в этой главе

1. Где живут звезды
2. Протостар
3. Типы звезд
4. Переменные звезды
5. Звезда большой массы
6. H-R Диаграмма
7. Звезда малой массы
8. Взрывы сверхновых

Недавние выделения LCO

News

LCO Инструмент, жизненно важный для открытия двух супер-земных

News

Грант Фонда Heising-Simons. LCO предлагает крупнейший в мире урок астрономии в Индии

информации о сверхновых и факты | Национальный географический

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

1 / 4

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.

На этом снимке 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 массовый 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 всплесками.

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.

Читать дальше

Впечатляющие ископаемые рыбы показывают критический период эволюции

• Наука

Впечатляющие ископаемые рыбы показывают критический период эволюции

Прежде чем животные выползли из моря и распространились на сушу, появление челюстей отмечен значительный период в развитии почти всех ныне живущих позвоночных, включая человека.

Неон возвращается. Вот почему.

• Путешествия

Here’s why.»> Неон возвращается. Вот почему.

Возрождение фантастических мерцающих знаков освещает придорожную Америку, от легендарной трассы 66 до полосы Вегаса.

Эксклюзивный контент для подписчиков

Почему люди так одержимы Марсом?

Как вирусы формируют наш мир

Эпоха собачьих бегов в США подходит к концу будет исследовать красную планету

Почему люди так одержимы Марсом?

Как вирусы формируют наш мир

Эпоха собачьих бегов в США подходит к концу будет исследовать красную планету

Почему люди так одержимы Марсом?

Как вирусы формируют наш мир

Эпоха собачьих бегов в США подходит к концу

Узнайте, как люди представляли жизнь на Марсе на протяжении всей истории

Узнайте, как новый марсоход НАСА будет исследовать красную планету