наднова зірка

Остататок наднової типу Ia

Що ви знаєте про наднових зірок? Напевно скажете, що наднова зірка є грандіозним вибухом зірки, на місці якої залишається нейтронна зірка або чорна діра.

Не тільки вибухи зірок

Однак насправді не все наднові є кінцевою стадією життя масивних зірок. Під сучасну класифікацію наднових вибухів, крім вибухів надгігантів, входять також деякі інші явища.

Нові та наднові

SN 1604 або Наднова Кеплера

Термін «наднова» перекочував від терміна «нова зірка». «Новими» називали зірки, які виникали на небосхилі практично на порожньому місці, після чого поступово згасали. Перші «нові» відомі ще з китайських літописів, що датується аж до другого тисячоліття до нашої ери. Що цікаво, серед цих нових нерідко зустрічалися наднові. Наприклад, саме наднову в 1571 році спостерігав Тихо Браге, який згодом ввів термін «нова зірка». Зараз нам відомо, що в обох випадках мова не йде про народження нових світил в буквальному сенсі.

Нові та наднові зірки позначають різке збільшення яскравості будь-якої зірки або групи зірок. Як правило, раніше люди не мали можливості спостерігати зірки, які породжували ці спалахи. Це були дуже тьмяні об'єкти для неозброєного ока або астрономічного приладу тих років. Їх спостерігали вже в момент спалаху, що природно було схоже на народження нового світила.

Не дивлячись на схожість цих явищ, в наші дні існує велика відмінність в їх визначеннях. Пікова світність наднових зірок в тисячі і сотні тисяч разів більше пікової світності нових. Така розбіжність пояснюється принциповою відмінністю природи цих явищ.

Народження нових зірок

Наднова спалахнула в 1604 році

Нові спалахи є термоядерними вибухами, що відбувається в деяких тісних зоряних системах. Такі системи складаються з білого карлика і більшої зірки-компаньйона (зірки головної послідовності, субгігант або гіганта ). Могутнє тяжіння білого карлика притягує речовина з зірки-компаньйона, в результаті чого навколо нього утворюється аккреційний диск. Термоядерні процеси, що відбуваються в аккреційному диску, часом втрачають стабільність і набувають вибуховий характер.

В результаті такого вибуху яскравість зоряної системи збільшується в тисячі, а то й в сотні тисяч разів. Так відбувається народження нової зірки. Досі тьмяний, а то і невидимий для земного спостерігача об'єкт набуває помітну яскравість. Як правило, свого піку такий спалах досягає всього за кілька днів, а затухати може роками. Нерідко такі спалахи повторюються в однієї і тієї ж системи раз в декілька десятиліть, тобто є періодичними. Також навколо нової зірки спостерігається розширюється газова оболонка.

Наднові вибухи мають зовсім інший і більш різноманітною природою свого походження.

Класифікація наднових

Класифікація наднових

Наднові прийнято розділяти на два основні класи (I і II). Ці класи можна назвати спектральними, тому що їх відрізняє присутність і відсутність ліній водню в їх спектрах. Також ці класи помітно відрізняються візуально. Все наднові I класу схожі як за потужністю вибуху, так і по динаміці зміни блиску. Наднові ж II класу вельми різноманітні в цьому плані. Потужність їх вибуху і динаміка зміни блиску лежить в досить великому діапазоні.

Все наднові II класу породжуються гравітаційним колапсом в надрах масивних зірок. Іншими словами, цей той самий, знайомий нам, вибух надгігантів. Серед найновіших першого класу існують ті, механізм вибуху яких швидше схожий з вибухом нових зірок.

смерть надгігантів

Залишок наднової зірки W49B

Надновими стають зірки, маса яких перевищує 8-10 сонячних мас. Ядра таких зірок, вичерпавши, водень, переходять до термоядерним реакцій за участю гелію. Вичерпавши гелій, ядро ​​переходить до синтезу все більш важких елементів. У надрах зірки створюється все більше шарів, в кожному з яких відбувається свій тип термоядерного синтезу. У кінцевій стадії своєї еволюції така зірка перетворюється в «листковий» надгігант. У його ядрі відбувається синтез заліза, тоді як ближче до поверхні триває синтез гелію з водню.

Злиття ядер заліза і більш важких елементів відбувається з поглинанням енергії. Тому, ставши залізним, ядро ​​надгіганта більше не здатне виділяти енергію для компенсації гравітаційних сил. Ядро втрачає гідродинамічний рівновагу і приступає до безладного стиску. Решта шари зірки продовжують підтримувати цю рівновагу, до тих пір, поки ядро ​​НЕ стиснеться до якогось критичного розміру. Тепер гідродинамічний рівновагу втрачають інші шари і зірка в цілому. Тільки в цьому випадку «перемагає" не стиснення, а енергія, що виділила в ході колапсу і подальших безладних реакцій. Відбувається скидання зовнішньої оболонки - надновий вибух.

класові відмінності

Залишок наднової Кассіопея А

Різні класи і підкласи наднових пояснюються тим, який зірка була до вибуху. Наприклад, відсутність водню у наднових I класу (підкласу Ib, Ic) є наслідок того, що водню не було у самої зірки. Найімовірніше, частина її зовнішньої оболонки була втрачена в ході еволюції в тісній подвійній системі. Спектр підкласу Ic відрізняється від Ib відсутністю гелію.

У будь-якому випадку наднові таких класів відбуваються у зірок, які не мають зовнішньої воднево-гелієвої оболонки. Решта ж шари лежать в досить суворих межах свого розміру і маси. Це пояснюється тим, що термоядерні реакції змінюють один одного з настанням певної критичної стадії. Тому вибухи зірок Ic і Ib класу так схожі. Їх пікова світність приблизно в 1,5 мільярда разів перевищує світність Сонця. Цю світність вони досягають за 2-3 дня. Після цього їх яскравість в 5-7 разів слабшає за місяць і повільно зменшується в наступні місяці.

Зірки наднових II типу мали воднево-гелієвої оболонкою. Залежно від маси зірки і інших її особливостей це оболонка може мати різні межі. Звідси пояснюються широкий діапазон в характерах наднових. Їх яскравість може коливатися від десятків мільйонів до десятків мільярдів сонячних светимостей (виключаючи гамма-сплески - см. Далі). А динаміка зміни яскравість має найрізноманітніший характер.

Трансформація білого карлика

Наднова типу Ia

Особливу категорію наднових складає спалаху Ia класу . Це єдиний клас наднових зірок, який може відбуватися в еліптичних галактиках. Така особливість свідчить про те, що ці спалахи не є продуктом смерті надгігантів. Надгіганти не доживають до того моменту, як їх галактики «постаріють», тобто стануть еліптичними. Також всі спалахи цього класу мають практично однакову яскравість. Завдяки цьому наднові Ia типу є «стандартними свічками» Всесвіту.

Вони виникають по отличительно іншою схемою. Як зазначалося раніше, ці вибухи за своєю природою чимось схожі з новими вибухами. Одна зі схем їх виникнення припускає, що вони також зароджуються в тісному системі білого карлика і його зірки-компаньйона. Однак, на відміну від нових зірок, тут відбувається детонація іншого, більш катастрофічного типу.

У міру «пожирання» свого компаньйона, білий карлик збільшується в масі до тих пір, поки не досягне межі Чандрасекара. Ця межа, приблизно рівний 1,38 сонячної маси, є верхньої межі маси білого карлика, після якого він перетворюється на нейтронну зірку. Така подія супроводжується термоядерним вибухом з колосальним виділенням енергії, на багато порядків перевищують звичайний новий вибух. Практично незмінне значення межі Чандрасекара пояснює настільки мале розходження в яскравості різних спалахів даного підкласу. Ця яскравість майже в 6 мільярдів разів перевищує сонячну світність, а динаміка її зміни така ж, як у наднових Ib, Ic класу.

гіпернової вибухи

Гіпернової називають спалаху, енергія яких на кілька порядків перевищує енергію типових наднових. Тобто, по суті вони гіпернової є дуже яскравими надновими.

Як правило, гіпернової вважається вибух надмасивних зірок, також званих гіпергіганти . Маса таких зірок починається з 80 нерідко перевищує теоретичну межу 150 сонячних мас. Також існують версії, що гіпернові зорі можуть утворюватися в ході анігіляції антиматерії, утворення кваркової зірки або ж зіткненням двох масивних зірок.

Наднова зірка GRB 080913

Цікаві гіпернової тим, що вони є основною причиною, мабуть, найбільш енергоємних і рідкісних подій у Всесвіті - гамма-сплесків. Тривалість гамма сплесків складає від сотих секунд до декількох годин. Але найчастіше вони тривають 1-2 секунду. За ці секунди вони випускають енергію, подібну енергії Сонця за все 10 мільярдів років її життя! Природа гамма-сплесків досі здебільшого залишається під питанням.

прабатьки життя

Незважаючи на всю свою катастрофічність, наднові по праву можна назвати прабатьками життя у Всесвіті. Потужність їх вибуху підштовхує міжзоряне середовище на утворення газопилових хмар і туманностей, в яких згодом народжуються зірки. Ще одна їх особливість полягає в тому, що наднові насичують міжзоряне середовище важкими елементами.

Саме наднові породжують все хімічні елементи, що важче заліза. Адже, як зазначалося раніше, синтез таких елементів вимагає витрат енергії. Тільки наднові здатні «зарядити» складові ядра і нейтрони на енерговитратні виробництво нових елементів. Кінетична енергія вибуху розносить їх по простору разом з елементами, що утворилися в надрах зірки, що вибухнула. В їх число входять вуглець, азот і кисень та інші елементи, без яких неможлива органічне життя.

Спостереження за найновішими

Наднова SN 1987A

Наднові вибухи є вкрай рідкісними явищами. У нашій галактиці, яка містить понад сотні мільярдів зірок, відбувається всього лише кілька спалахів за сторіччя. Згідно з літописними і середньовічним астрономічним джерел, за останні дві тисячі років були зафіксовані лише шість наднових, видимих ​​неозброєним оком. Сучасним астрономам жодного разу не доводилося спостерігати наднових в нашій галактиці. Найбільш найближча сталася в 1987 у Великому Магеллановою Хмарі, в одному з супутників Чумацького Шляху. Щороку вчені спостерігають до 60 наднових, що відбуваються в інших галактиках.

Саме через цю рідкості наднові практично завжди спостерігаються вже в момент спалаху. Події, що передували їй майже ніколи не спостерігалися, тому природа наднових досі багато в чому залишається загадковою. Сучасна наука не здатна досить точно спрогнозувати наднові. Будь-яка зірка-кандидат здатна спалахнути лише через мільйони років. Найбільш цікава в цьому плані Бетельгейзе, яка має цілком реальну можливість осяяти земне небо на нашому віку.

Вселенські спалаху

Гамма спалах в галактиці 4C 71,07

Гіпернової вибухи трапляються ще рідше. У нашій галактиці така подія трапляються раз в сотні тисяч років. Однак, гамма-сплески, породжувані гіпернової, спостерігаються майже щодня. Вони настільки потужні, що реєструються практично з усіх куточків Всесвіту.

Наприклад, один з гамма-сплесків, розташованих в 7,5 мільярда світлових років, можна було розгледіти неозброєним оком. Відбутися він в галактиці Андромеда, земне небо на пару секунд освітила зірка з яскравістю повного місяця. Відбутися він на іншому краю нашої галактики, на тлі Чумацького Шляху з'явилося б друге Сонце! Виходить, яскравість спалаху в квадрильйонів разів яскравіша за Сонце і в мільйони разів яскравіше нашої Галактики. З огляду на, що галактик у Всесвіті мільярди, не дивно, чому такі події реєструються щодня.

Вплив на нашу планету

Малоймовірно, що наднові можуть нести загрозу сучасному людству і будь-яким чином вплинути на нашу планету. Навіть вибух Бетельгейзе лише освітить наше небо на кілька місяців. Однак, безумовно, вони вирішальним чином впливали на нас в минулому. Прикладом тому служить перше з п'яти масових вимирань на Землі, що відбулися 440 млн. Років тому. За однією з версій причиною цього вимирання послужив гамма-спалах, що відбувся в нашій Галактиці.

Більш примітна зовсім інша роль наднових. Як вже зазначалося, саме наднові створюють хімічні елементи, необхідні для появи вуглецевої життя. Земна біосфера не була виключенням. Сонячна система сформувалася в газовій хмарі, які містили осколки минулих вибухів. Виходить, ми всі зобов'язані наднових своєю появою.

Матеріали по темі

Більш того, наднові і надалі впливали на еволюцію життя на Землі. Підвищуючи радіаційний фон планети, вони змушували організми мутувати. Не варто також забувати про великі вимирання. Напевно наднові неодноразово «вносили корективи» в земну біосферу. Адже якби не було тих глобальний вимирань, на Землі б зараз панували зовсім інші види.

Масштаби зіркових вибухів

Щоб наочно зрозуміти, якою енергією володіють наднові вибухи, звернемося до рівняння еквівалента маси та енергії. Згідно з ним, в кожному грамі матерії укладено колосальну кількість енергії. Так 1 грам речовини еквівалентний вибуху атомної бомби, підірваної над Хіросімою. Енергія цар-бомби еквівалента трьом кілограмам речовини.

Кожну секунду ході термоядерних процесів в надрах Сонця 764 мільйона тонн водню перетворюється в 760 мільйон тонн гелію. Тобто щосекунди Сонце випромінює енергію, еквівалентну 4 млн. тоннам речовини. Лише одна двохмільярдний частина всієї енергії Сонця доходить до Землі, це еквівалентно двом кілограмам маси. Тому кажуть, що вибух цар-бомби можна було спостерігати з Марса. До слова, Сонце доставляє на Землю в кілька сотень разів більше енергії, ніж споживає людство. Тобто, щоб покрити річні енергетичні потреби всього сучасного людства потрібно перетворювати в енергію всього кілька тонн матерії.

З огляду на вищесказане, уявімо, що середня наднова в своєму піку «спалює» квадрильйонів тон речовини. Це відповідає масі великого астероїда. Повна ж енергія наднової еквівалентна масі планети або навіть маломасивних зірки. Нарешті, гамма-сплеск за секунди, а то і за частки секунди свого життя, вихлюпує енергію, еквівалентну масі Сонця!

Такі різні наднові

Термін «наднова» не повинен асоціюватися виключно з вибухом зірок. Ці явища, мабуть, також різноманітні, як різноманітні самі зірки. Науці тільки належить зрозуміти багато їх секрети.

comments powered by HyperComments

Сподобалася запис? Розкажи про неї друзям!

Переглядів запису: 15646