Гиперновые звезды это кратко
Обновлено: 02.07.2024
Гиперновые могут создать серьёзную угрозу Земле вследствие характерной для них гамма-лучевой вспышки, но в настоящее время вблизи Солнечной системы нет столь опасных звёзд. По некоторым данным, 440 миллионов лет назад имел место взрыв гиперновой звезды недалеко от Солнечной системы, и удар по Земле гамма-лучевым потоком от этой гиперновой оказался столь мощным, что он вызвал Ордовикско-силурийское вымирание (исчезли более 60% видов морских беспозвоночных).
Связанные понятия
Микроквазары (рентгеновские двойные звезды) — это двойные звёздные системы, в которых остаток первой звезды, сжатый в тёмный компактный объект (такой как нейтронная звезда или чёрная дыра), гравитационно связан со второй обычной звездой, которая движется по тесной орбите вокруг первого компонента.
Чёрные дыры звёздных масс образуются как конечный этап жизни звезды: после полного выгорания термоядерного топлива и прекращения реакции звезда теоретически должна начать остывать, что приведёт к уменьшению внутреннего давления и сжатию звезды под действием гравитации. Сжатие может остановиться на определённом этапе, а может перейти в стремительный гравитационный коллапс.
Галактика со вспышкой звездообразования — галактика, в которой рождение новых звёзд, по сравнению с аналогичным процессом в большинстве галактик, происходит с исключительно высокой скоростью. Вспышка звездообразования в галактике наблюдается чаще всего после столкновения двух галактик или близкого прохода одной возле другой. Скорость звёздообразования в такой галактике столь высока, что, если бы она (скорость) оставалась постоянной, запасы газа, из которого формируются звёзды, истощились бы за время.
Предел Оппенгеймера — Волкова — верхний предел массы нейтронной звезды, при которой она ещё не коллапсирует в чёрную дыру. Если масса нейтронной звезды меньше этого значения, давление вырожденного нейтронного газа может компенсировать силы гравитации. Одновременно предел Оппенгеймера — Волкова является нижним пределом массы чёрных дыр, образующихся в ходе эволюции звёзд.
Источник мягких повторяющихся гамма-всплесков является астрономическим объектом, который производит мощные всплески гамма-излучения и рентгеновских лучей с нерегулярной периодичностью. Предполагается, что они являются одним из подтипов магнетаров или нейтронными звёздами с пылевыми дисками вокруг них. По-английски эти объекты обозначаются аббревиатурой SGR (Soft Gamma Repeaters), в статьях на русском языке часто применяется аббревиатура МПГ.
Гравитацио́нный колла́пс — катастрофически быстрое сжатие массивных тел под действием гравитационных сил. Гравитационным коллапсом может заканчиваться эволюция звёзд с массой свыше трёх солнечных масс. После исчерпания в таких звёздах материала для термоядерных реакций они теряют свою механическую устойчивость и начинают с увеличивающейся скоростью сжиматься к центру. Если растущее внутреннее давление останавливает гравитационное сжатие, то центральная область звезды становится сверхплотной нейтронной.
Магнета́р или магнита́р — нейтронная звезда, обладающая исключительно сильным магнитным полем (до 1011 Тл). Теоретически существование магнетаров было предсказано в 1992 году, а первое свидетельство их реального существования получено в 1998 году при наблюдении мощной вспышки гамма- и рентгеновского излучения от источника SGR 1900+14 в созвездии Орла. Однако вспышку, которую наблюдали ещё 5 марта 1979 года тоже связывают с магнетаром. Время жизни магнетаров составляет около 1 млн лет. У магнетаров.
Остаток сверхновой (англ. SuperNova Remnant, SNR) — газопылевое образование, результат произошедшего много десятков или сотен лет назад катастрофического взрыва звезды и превращения её в сверхновую. Во время взрыва оболочка сверхновой разлетается во все стороны, образуя расширяющуюся с огромной скоростью ударную волну, которая и формирует остаток сверхновой. Остаток состоит из выброшенного взрывом звёздного материала и межзвёздного вещества, поглотившего ударную волну.
Протозвёзды — звёзды на завершающем этапе своего формирования, вплоть до момента загорания термоядерных реакций в ядре, после которого сжатие протозвезды прекращается и она становится звездой главной последовательности.
Звёздное магнитное поле — магнитное поле, создаваемое движением проводящей плазмы внутри звёзд главной последовательности. Это движение создаётся путём конвекции, которая является одной из форм переноса энергии из центра звезды к её поверхности с помощью физического перемещения материала. Локальные магнитные поля воздействуют на плазму, в результате чего намагниченные области поднимаются по отношению к остальной части поверхности, и могут достичь даже фотосферы звезды. Этот процесс создаёт звёздные.
Гало́ гала́ктики (также звёздное гало́) — невидимый компонент галактики, основная часть её сферической подсистемы. Гало имеет сферическую форму и простирается за видимую часть галактики. В основном состоит из разрежённого горячего газа, звёзд и тёмной материи, составляющей основную массу галактики.
Релятиви́стские стру́и, дже́ты (англ. Relativistic jet) — струи плазмы, вырывающиеся из центров (ядер) таких астрономических объектов, как активные галактики, квазары и радиогалактики. Первым такую струю обнаружил астроном Гебер Кёртис в 1918 году. Позже физик и философ Стивен Хокинг сумел доказать, что такие выбросы происходят из гипотетических чёрных дыр.
Тесные двойные системы — разновидность двойных систем, в которых на тех или иных этапах своей эволюции входящие в неё компоненты могут обмениваться массой. Расстояние между звездами в тесной двойной системе сравнимо с размерами самих звёзд. Поэтому в таких системах возникают более сложные эффекты, чем просто притяжение: приливное искажение формы, прогрев излучением более яркого компаньона и т. д. Обмен веществом вносит существенные коррективы в ход звездной эволюции, поэтому компоненты тесных двойных.
Миллисекундный пульсар (англ. Millisecond pulsar, MSP) — пульсар с периодом вращения в диапазоне от 1 до 10 миллисекунд. Подобные пульсары были обнаружены в радио-, рентгеновском и гамма-диапазоне волн электромагнитного спектра. Теория происхождения всех миллисекундных пульсаров полностью не разработана. Наиболее распространенная теория их образования говорит, что они начинают свою жизнь как пульсары с небольшими периодами вращения, но затем постепенно раскручивается путём аккреции. По этой причине.
Светово́е э́хо — феномен, наблюдаемый в астрономии. По аналогии со звуковым эхо, световое эхо возникает при внезапной вспышке света (например, при вспышках новых), когда свет отражается от объектов вне источника и прибывает к наблюдателю через некоторое время после первоначальной вспышки. Из-за особенностей геометрии явления световое эхо может порождать иллюзию, что свет приходит к наблюдателю со сверхсветовой скоростью.
Ультраяркие рентгеновские источники (англ. Ultraluminous X-ray source, ULXs) — небесное тело с сильным излучением в рентгеновском диапазоне (1039–1042 эрг/с в диапазоне 0,5–100 кэВ), квазипериодическим на масштабе порядка 20 с, шкала переменности от нескольких секунд до нескольких лет. Если предположить, что излучение изотропно, то для согласования с эддингтоновской светимостью, необходимо, чтоб масса гравитирующего тела была 10'000 Mʘ.
Звездообразование — астрофизический термин, обозначающий крупномасштабный процесс в галактике, при котором массово начинают формироваться звёзды из межзвёздного газа. Спиральные ветви, общая структура галактики, звёздное население, светимость и химический состав межзвёздной среды — всё это результат данного процесса.
Нейтро́нная звезда́ — космическое тело, являющееся одним из возможных результатов эволюции звёзд, состоящее, в основном, из нейтронной сердцевины, покрытой сравнительно тонкой (∼1 км) корой вещества в виде тяжёлых атомных ядер и электронов. Массы нейтронных звёзд сравнимы с массой Солнца, но типичный радиус нейтронной звезды составляет лишь 10—20 километров. Поэтому средняя плотность вещества такого объекта в несколько раз превышает плотность атомного ядра (которая для тяжёлых ядер составляет в среднем.
Столкновение звёзд — процесс, при котором две звезды приближаются друг к другу и под действием силы тяжести сливаются в один объект большего размера. По расчетам астрономов, такие события происходят в шаровых скоплениях нашей Галактики примерно раз в 10 тыс. лет. Только недавно учёные смогли наблюдать столкновение звёзд. Серия звёздных столкновений внутри плотного скопления за короткий период времени может привести к возникновению черной дыры.
Чёрные ка́рлики — остывшие и вследствие этого не излучающие (или слабоизлучающие) в видимом диапазоне белые карлики. Представляют собой конечную стадию эволюции белых карликов в отсутствие аккреции.
Рентге́новские двойны́е звёзды — класс двойных звёзд, ярких в рентгеновском диапазоне спектра излучения. Рентгеновское излучение создается веществом, падающим с одной звезды, называемой донором, на вторую, называемую аккретором и очень компактную, являющуюся нейтронной звездой или чёрной дырой. При падении вещества высвобождается гравитационная потенциальная энергия, эквивалентная нескольким десятым долям массы покоя, в форме рентгеновского излучения. Время жизни и темп переноса массы в рентгеновских.
Межзвёздная пыль — твёрдые микроскопические частицы, наряду с межзвёздным газом заполняющие пространство между звёзд. В настоящее время считается, что пылинки имеют тугоплавкое ядро, окружённое органическим веществом или ледяной оболочкой. Химический состав ядра определяется тем, в атмосфере каких звёзд они сконденсировались. Например, в случае углеродных звёзд, они будут состоять из графита и карбида кремния.
Рентгеновский пульсар — космический источник переменного рентгеновского излучения, приходящего на Землю в виде периодически повторяющихся импульсов.
Сверхпузырь — это область межзвёздного пространства, наполненная раскалённым газом, имеющая пониженную плотность по сравнению с окружающей средой и достигающая в поперечнике нескольких сотен световых лет. В отличие от пузырей звёздного ветра, создаваемых одиночными звёздами, сверхпузыри образуются вокруг OB-ассоциаций, располагающихся внутри молекулярных облаков. Звёздный ветер от OB-звёзд и энергия от взрывов сверхновых разогревают вещество сверхпузырей до температур порядка 106 K. Старые сверхпузыри.
Протоплане́тный диск или проплид — вращающийся околозвёздный диск плотного газа вокруг молодой, недавно сформированной звезды, протозвезды, звёзды типа T Тельца или звёзды Хербига (Ae/Be), из которого впоследствии образуются планеты. Протопланетный диск также может считаться аккреционным диском, поскольку составляющий его газообразный материал со внутреннего радиуса может падать на поверхность звезды.
Объекты Хербига — Аро (англ. Herbig–Haro object) — это небольшие участки туманностей, связанные с молодыми звёздами. Они образуются, когда газ, выброшенный этими звёздами, вступает во взаимодействие с близлежащими облаками газа и пыли на скоростях в несколько сотен километров в секунду. Объекты Хербига — Аро характерны для областей звездообразования; иногда они наблюдаются возле одиночных звёзд — вытянутыми вдоль оси вращения последних.
Облако Ориона — скопление межзвёздного вещества (туманность) в созвездии Ориона. Облако Ориона находится в галактике Млечный Путь на расстоянии 1600 св. лет от Солнца и имеет размеры порядка нескольких сотен св. лет.
Диффузная (светлая) туманность — в астрономии, общий термин, используемый для обозначения излучающих свет туманностей. Три типа диффузных туманностей — это отражательная туманность, эмиссионная туманность и остатки сверхновой. Диффузным туманностям противопоставляют недиффузные тёмные туманности, то есть туманности, молекулы которых сильно рассредоточены.
Сверхмасси́вная чёрная дыра́ — это чёрная дыра с массой 105—1010 масс Солнца. По состоянию на 2014 год сверхмассивные чёрные дыры обнаружены в центре многих галактик, включая Млечный Путь.
Звёздное ядро — это часть звезды, в которой происходит термоядерная реакция, за счёт которой горит звезда. Ядро — самая горячая часть звезды.
Голубые карлики — гипотетический класс звёзд, эволюционирующий из красных карликов, звёзд по массе меньших, чем Солнце (менее 0,5 масс Солнца и вплоть до минимального порога масс звёзд).
Зона конвекции — область звезды (и в частности Солнца), в которой перенос энергии из внутренних районов во внешние происходит главным образом путём активного перемешивания вещества — конвекции.
Планета-сирота (также другими названиями могут быть планета-бродяга, планемо, планета-странник, межзвёздная планета, свободно плавающая планета, свободнолетящая планета, квазипланета или одиночная планета) — объект, имеющий массу, сопоставимую с планетарной, и шарообразную форму и являющийся по сути планетой, но не привязанный гравитационно ни к какой звезде, коричневому карлику и даже зачастую просто другой планете (хотя такая планета может иметь спутники). Если планета находится в галактике, она.
Субзвёздный объект (англ. Substellar object), субзвезда — астрономический объект, масса которого меньше минимальной необходимой для поддержания ядерных реакций горения водорода (примерно 0,08 массы Солнца). Это определение включает коричневые карлики и звёзды типа EF Эридана B, а также может включать объекты планетной массы вне зависимости от механизма их образования и связи с главной звездой.Если предположить, что субзвёздный объект имеет аналогичный солнечному состав и по крайней мере массу Юпитера.
Слияние галактик происходит при столкновении двух или нескольких галактик. Является одним из вариантов взаимодействия галактик. Несмотря на то, что в процессе слияния звёзды или звёздные системы не сталкиваются вследствие больших расстояний между звёздами, гравитационное взаимодействие галактик и трение между газом и пылью оказывают значительное воздействие на сливающиеся галактики. Эффекты от подобных слияний зависят от большого числа параметров, таких как угол столкновения, скорость, размеры и.
Гравитацио́нная неусто́йчивость (неустойчивость Джинса) — нарастание со временем пространственных флуктуаций скорости и плотности вещества под действием сил тяготения (гравитационных возмущений).
Звёзды Хербига (Ae/Be) — молодые (возраст до 10 млн лет), ещё не вышедшие на главную последовательность звёзды спектрального класса A или B. Они имеют массу, превышающую солнечную от 2 до 8 раз. Наблюдаются в регионах звёздообразования, окружены газопылевыми облаками и имеют температуру поверхности от 3500 до 6000 K. Спектры этих звезд отличаются сильными эмиссионными линиями. В оптическом диапазоне они, в основном, состоят из линий бальмеровской серии водорода и ионизованного кальция. Звёзды данного.
Жизнеприго́дность систе́мы нейтро́нной звезды́ — пригодность небесного тела, такого, как пульсарная планета, в системе нейтронной звезды для возникновения и поддержания жизни за пределами Земли.
Протопланетарная туманность — это астрономический объект, который недолго существует между тем, как среднемассивная звезда (1-8 солнечных масс) покинула асимптотическую ветвь гигантов (АВГ) и последующей фазой планетарной туманности (ПТ). Протопланетарная туманность светит в основном в инфракрасном диапазоне и является подтипом отражательных туманностей.
Остаточный диск (англ. debris disk) — околозвёздный диск из пыли и обломков на орбите вокруг звезды. Такие диски могут являться фазой в формировании планетной системы, следующей за фазой протопланетного диска. По другой версии, они создаются и поддерживаются остатками столкновений между планетезималями.
В списке приведены самые массивные звёзды, известные на сей день. Список упорядочен в порядке убывания массы звезды. За единицу измерения взята масса Солнца.
Околозвёздный диск — торо- или кольцеобразное скопление материи, состоящее из газа, пыли, планетезималей или астероидов в орбите вокруг звезды.
Компактная звезда — звезда, плотность которой многократно превышает плотность обычной звезды. К компактным звёздам относятся.
Люди пытаются познать тайны космоса с древних времён. Особый интерес для астрономии представляют новые и сверхновые звёзды. В реферате-докладе можно познакомиться с их главными особенностями, причинами и способами появления. Когда-то учёные считали, что эти небесные тела формируются самостоятельно, но позже раскрыли иную природу космических объектов.
- История открытия
- Образование нового светила
- Появление сверхновых объектов
- Классовые различия
- Гиперновые взрывы
- Нюансы изучения
История открытия
Около 5 тысяч лет назад люди в первый раз увидели светило в небе, которое по яркости не уступало Солнцу. Тогда народ считал, что это явление выступает наказанием за их грехи. Однако через определённое время оно исчезло. Об этом событии известно из клинописных табличек древних шумеров.
Несколько веков спустя китайские и арабские астрономы упоминали о другом объекте, который родился в небе и удивлял своим ярким светом несколько недель. Тогда народ принял его за новую звезду. Люди не знали, что неизвестное явление возникло в результате взрыва старого космического тела.
В течение многих лет человек мог наблюдать появление ярких небесных объектов, которые рождались под влиянием различных физических процессов. Появившиеся телескопы помогли определить их природу.
То, что сейчас учёные называют сверхновой или новой звездой, является не самим космическим объектом, а его вспышкой. Сначала специалисты думали, что это явление представляет взрыв газовой сферы, после которого на том же месте остаётся чёрная дыра.
Однако не все сверхновые звёзды можно считать последней стадией жизни гигантских светил. Вначале астрономы называли новыми объекты, которые возникали на пустом месте в небе и затем постепенно угасали. В китайских источниках о таких явлениях упоминалось до начала второго тысячелетия нашей эры. Но среди них оказались и примеры сверхнового типа.
До изобретения телескопов люди могли видеть только тусклые небесные тела и вспышки, которые напоминали рождение очередного светила.
Технологии позволили подробно изучить эти явления, а также найти различия между сверхновыми и новыми звёздами.
Образование нового светила
Новые звёзды представляют собой термоядерные взрывы.
Они происходят в тесных звёздных системах и включают:
Вещества из внешних слоёв наикрупнейшего светила перетекают в наименьшую звезду. В результате их взаимодействия получается аккреционный диск. Аккрецируемый газ накапливается на поверхности белого карлика, что приводит к формированию слоя, богатого водородом. Затем он разогревается потоком из аккреционного диска. Накопление водорода и повышение температуры в верхнем слое приводят к термоядерным процессам. На поверхность белого карлика выходит углерод.
Со временем термоядерные реакции ускоряются, а масса звезды увеличивается. Потом происходит взрыв, при котором верхний слой из водорода сбрасывается в окружающее пространство.
После этого наступает новый цикл аккреции на белого карлика, который завершается повторной вспышкой. Интервал между взрывами может составлять десятки или сотни лет.
В результате вспышки яркость звёздной системы становится в тысячи раз больше. Тусклый объект теперь видимый для человека. Вспышка достигает максимума за несколько дней, а затухает долго. В дальнейшем вокруг нового светила расширяется газовая оболочка. Обычно на это требуются годы. Подобные явления периодичны: они могут повторяться у одной и той же системы раз в десять лет.
Появление сверхновых объектов
Сверхновые вспышки — явление, при котором яркость небесного тела резко увеличивается, но затем медленно затухает. Пиковая светимость у объектов этого типа в тысячи раз больше, чем у новых звёзд. Этот феномен возникает вследствие эволюции некоторых космических объектов. В процессе звёздного взрыва выделяется большое количество энергии. Явление можно наблюдать только в космическом пространстве. Его сложно заметить из-за большого объёма газа и пыли.
Астрономы долго не могли узнать природу этих космических объектов, поскольку процесс можно наблюдать лишь во время его протекания. Сегодня известны два сценария, приводящие к таким вспышкам:
- После взрыва небесного тела в космическое пространство выбрасывается значительный объём вещества из внешнего слоя его оболочки. Из оставшейся части формируется нейтронная звезда.
- Взрыв считается последней стадией существования объекта. Со временем топливный ресурс в газовой сфере истощается. Часть массы звезды попадает в ядерную область, где она увеличивается. Поскольку объект больше не может её сдерживать с помощью своей гравитации, происходит расширение с последующим взрывом.
Специалисты исследуют полученную информацию о спектрах и кривых блеска комплексно. При изучении остатков звёзд они могут детально создать рациональные модели и определить условия вспышек, произошедших в космосе.
Сверхновые звёздные объекты считают прародителями жизни во Вселенной.
Их мощные взрывы приводят к образованию облаков и туманностей из газа и пыли, в которых позже формируются очередные космические тела. Кроме того, сверхновые звёзды выбрасывают в окружающее пространство тяжёлые элементы. Эти объекты формируют химические элементы, которые тяжелее железа. После вспышки энергия разносит кислород, азот и иные компоненты, необходимые для органической жизни.
Классовые различия
Специалисты выделяют несколько групп и подтипов сверхновых звёзд. Разделение объясняется тем, что космические объекты имели разные особенности до взрыва. Например, небесные тела с отсутствием водорода относятся к подклассам lb и lc первого класса. Возможно, часть оболочки с этим веществом была утеряна светилом при эволюции в тесной двойной системе. Также стоит отметить, что объекты подтипа lc не имеют гелия.
Несмотря на потерю водородного слоя, остальные части звёзд находятся в строгих пределах своих размеров и массы. Термоядерные реакции заменяют друг друга, когда наступает конкретный критический этап. Это объясняет сходство объектов подклассов lb и lc. Максимальная светимость у этих звёзд в 1,5 млрд раз больше, чем у Солнца. Она достигается через 2—3 дня, а потом медленно уменьшается в течение месяцев.
Новые звёзды до вспышки имели водородно-гелиевый слой в оболочке. Её границы зависели от массы и иных характеристик небесного объекта. Эти особенности объясняют широкий диапазон в характерах сверхновых звёзд. Их степень яркости варьируется от десятков миллионов до миллиардов солнечных светимостей. Динамика её изменения может быть различной.
Гиперновые взрывы
Астрономы также выделяют гиперновые вспышки. Их энергия выше на несколько порядков, чем у обычных сверхновых. Гиперновые звёзды представляют взрыв массивных объектов, которые называются гипергигантами. Эти газовые шары могут достигать 150 солнечных масс.
Астрономы считают, что такие объекты образуются во время аннигиляции антиматерии, при столкновении двух огромных светил или возникновении кварковой звезды.
Гиперновые звёзды вызывают большой интерес не только у учёных, но и у любителей астрономии.
Небесные тела часто выступают причиной гамма-всплесков. Такие явления длятся от сотых секунд до нескольких часов. Этот феномен считается редким электромагнитным событием. За несколько секунд гамма-всплеск может испустить количество энергии, эквивалентное массе Солнца. Специалисты продолжают изучать природу этого явления.
Нюансы изучения
Явления сверхнового типа считаются редким феноменом. В нашей галактике больше 100 млрд звёзд, однако за один век может произойти всего несколько вспышек. Если верить древним источникам, за последние 2 тысячи лет люди наблюдали такое явление всего 6 раз.
Последний раз сверхновую звезду видели в 1987 году в одном из спутников Млечного Пути под названием Большое Магелланово Облако. В других галактиках учёные ежегодно наблюдают до 60 звёздных вспышек.
Пока астрономы мало знают о сущности и иных особенностях этих объектов, поскольку они не следят за событиями, которые предшествуют их взрыву. Сложно спрогнозировать эти явления. Учёные утверждают, что любая звезда способна взорваться через миллионы лет. Некоторые считают, что Бетельгейзе вполне может вспыхнуть в этом веке.
Гиперновые вспышки происходят ещё реже. В нашей галактике этот феномен можно наблюдать только раз в сто тысяч лет.
Зато гамма-всплески, которые возникают от мощного взрыва этих объектов, учёные фиксируют в разных уголках Вселенной. Поскольку в ней много галактик, не стоит удивляться, почему специалисты регистрируют вспышки ежедневно.
Астрономы считают, что сегодня взрывающиеся звёзды не несут угрозы нашей планете, хотя в далёком прошлом они значительно повлияли на неё. Например, массовое вымирание, которое было на Земле около 440 млн лет назад, могло стать следствием гамма-всплеска, произошедшего в нашей галактике.
С 1960-х годов учёные пытаются найти пользу от сверхновых звёзд для нашей планеты. Некоторые считают, что пиковая светимость небесных тел может быть использована для достижения очередных открытий. Сегодня сверхновые звёздные объекты выступают одним из основных источников информации о космических дистанциях. Кроме того, астрономы разрабатывают методы, которые помогут реконструировать историю об этих явлениях.
Иллюстрация процесса взрыва сверхновой, наблюдаемой с Земли в XVII веке в созвездии Кассиопея. Окружающий её материал и постоянное испускание электромагнитного излучения сыграли свою роль в непрерывной подсветке остатков звезды
Каждая звезда сразу после рождения синтезирует в своём ядре гелий из водорода. Звёзды, похожие на Солнце, красные карлики, всего в несколько раз превышающие Юпитер, и сверхмассивные звёзды, превышающие нашу по массе в десятки и сотни раз – все они проходят через этот первый этап ядерных реакций. Чем массивнее звезда, тем больших температур достигает её ядро, и тем быстрее она сжигает ядерное топливо. Когда в ядре звезды заканчивается водород, она сжимается и разогревается, после чего – если достигнет нужной плотности и температуры – может начинать синтез более тяжёлых элементов. Солнцеподобные звёзды смогут разогреться достаточно после того, как закончится водородное топливо, и начнут синтез углерода из гелия, но этот этап для нашего Солнца будет последним. Чтобы перейти на следующий уровень, синтез из углерода, звезда должна превышать Солнце по массе в 8 (или более) раз.
Ультрамассивная звезда WR 124 (звезда класса Вольфа-Райе) с окружающей её туманностью – одна из тысяч звёзд Млечного Пути, способная стать следующей сверхновой. Она также гораздо больше и массивнее тех звёзд, что можно создать во Вселенной, содержащей лишь водород и гелий, и уже может находиться на этапе сжигания углерода.
Если звезда будет настолько массивной, то её ждёт настоящий космический фейерверк. В отличие от солнцеподобных звёзд, нежно срывающих свои верхние слои, из которых формируется планетарная туманность, и сжимающихся до белого карлика, богатого углеродом и кислородом, или до красного карлика, который никогда не достигнет этапа сжигания гелия, и просто сожмётся до богатого гелием белого карлика, наиболее массивным звёздам уготован настоящий катаклизм. Чаще всего, особенно у звёзд с не самой большой массой (≈ 20 солнечных масс и меньше), температура ядра продолжает повышаться, пока процесс синтеза переходит на более тяжёлые элементы: от углерода к кислороду и/или неону, и затем далее, по периодической таблице, к магнию, кремнию, сере, приходя в итоге к железу, кобальту и никелю. Синтез дальнейших элементов потребовал бы больше энергии, чем выделяется при реакции, поэтому ядро схлопывается и появляется сверхновая.
Анатомия сверхмассивной звезды в течение её жизни, заканчивающейся сверхновой II типа
Это очень яркий и красочный конец, настигающий множество массивных звёзд во Вселенной. Из всех появившихся в ней звёзд лишь 1% обретают достаточную массу, чтобы дойти до такого состояния. При повышении массы количество звёзд, достигших её, уменьшается. Порядка 80% всех звёзд во Вселенной – красные карлики; масса 40% их них не превышает массы Солнца. При этом Солнце массивнее 95% звёзд во Вселенной. В ночном небе полно очень ярких звёзд: тех, что легче всего увидеть человеку. Но за порогом нижнего ограничения для появления сверхновой существуют звёзды, превышающие Солнце по массе в десятки и даже сотни раз. Они очень редки, но весьма важны для космоса – всё потому, что массивные звёзды могут закончить своё существование не только в виде сверхновой.
Туманность Пузырь находится на задворках останков сверхновой, появившейся тысячи лет назад. Если удалённые сверхновые находятся в более пыльном окружении, чем их современные двойники, это потребует коррекции нашего сегодняшнего понимания тёмной энергии
Во-первых, у многих массивных звёзд имеются истекающие потоки и выброшенный наружу материал. Со временем, когда они приближаются либо к концу своей жизни, либо к концу одного из этапов синтеза, что-то заставляет ядро на короткое время сжаться, из-за чего оно разогревается. Когда ядро становится горячее, скорость всех типов ядерных реакций увеличивается, что ведёт к быстрому увеличению количества энергии, создаваемому в ядре звезды. Это увеличение энергии может сбрасывать большое количество массы, порождая явление, известное, как псевдосверхновая: происходит вспышка ярче любой нормальной звезды, и теряется масса в количестве до десяти солнечных. Звезда Эта Киля (ниже) стала псевдосверхновой в XIX веке, но внутри созданной ею туманности она всё ещё горит, ожидая финальной участи.
Псевдосверхновая XIX века явила себя в виде гигантского взрыва, выбросив материала на несколько солнц в межзвёздное пространство от Эты Киля. Такие звёзды большой массы в богатых металлами галактиках (как, например, наша), выбрасывают существенную долю своей массы, чем отличаются от звёзд в меньших по размеру галактиках, содержащих меньше металлов
Так какова же конечная судьба звёзд, массой более чем в 20 раз превышающих наше Солнце? У них есть три возможности, и мы ещё не полностью уверены в том, какие именно условия приводят к развитию каждой из трёх. Одна из них – сверхновая, которые мы уже обсудили. Любая ультрамассивная звезда, теряющая достаточно много своей массы, может превратиться в сверхновую, если её масса внезапно попадёт в правильные пределы. Но существуют ещё два промежутка масс – и опять-таки, мы точно не знаем, какие именно это массы – позволяющие произойти двум другим событиям. Оба этих события определённо существуют – мы уже их наблюдали.
Фотографии в видимом и близком к инфракрасному свете с Хаббла демонстрируют массивную звезду, примерно в 25 раз превышающую Солнце по массе, внезапно исчезнувшую, и не оставившую ни сверхновой, ни какого-то другого объяснения. Единственным разумным объяснением будет прямой коллапс.
Чёрные дыры прямого коллапса. Когда звезда превращается в сверхновую, её ядро схлопывается, и может стать либо нейтронной звездой, либо чёрной дырой – в зависимости от массы. Но только в прошлом году, впервые, астрономы наблюдали, как звезда массой в 25 солнечных просто исчезла. Звёзды не исчезают бесследно, но тому, что могло произойти, существует физическое объяснение: ядро звезды прекратило создавать достаточное давление излучения, уравновешивавшее гравитационное сжатие. Если центральный регион становится достаточно плотным, то есть, если достаточно большая масса оказывается сжатой в достаточно малый объём, формируется горизонт событий и возникает чёрная дыра. А после появления чёрной дыры всё остальное просто втягивается внутрь.
Одно из множества скоплений в этом регионе подсвечивается массивными, короткоживущими голубыми звёздами. Всего за 10 миллионов лет большая часть из наиболее массивных звёзд взорвётся, став сверхновыми II типа – или просто испытает прямой коллапс
Теоретическую возможность прямого коллапса предсказывали для очень массивных звёзд, более 200-250 солнечных масс. Но недавнее исчезновение звезды такой относительно малой массы поставило теорию под вопрос. Возможно, мы не так хорошо понимаем внутренние процессы звёздных ядер, как считали, и, возможно, у звезды есть несколько способов просто схлопнуться целиком и исчезнуть, не сбрасывая какого-то ощутимого количества массы. В таком случае формирование чёрных дыр через прямой коллапс может быть гораздо более частым явлением, чем считалось, и это может быть весьма удобным для Вселенной способом создания сверхмассивных чёрных дыр на самых ранних стадиях развития. Но существует и другой итог, совершенно противоположный: световое шоу, гораздо более красочное, чем сверхновая.
При определённых условиях звезда может взорваться так, что не оставит ничего после себя!
Взрыв гиперновой. Также известен, как сверхъяркая сверхновая. Такие события бывают гораздо более яркими и дают совсем другие световые кривые (последовательность повышения и понижения яркости), чем любые сверхновые. Ведущее объяснение явления известно, как "парно-нестабильная сверхновая". Когда большая масса – в сотни, тысячи и даже многие миллионы раз больше массы всей нашей планеты – схлопывается в небольшой объём, выделяется огромное количество энергии. Теоретически, если звезда будет достаточно массивной, порядка 100 солнечных масс, выделяемая ею энергия окажется такой большой, что отдельные фотоны могут начать превращаться в электрон-позитронные пары. С электронами всё ясно, а вот позитроны – это их двойники из антиматерии, и у них есть свои особенности.
На диаграмме показан процесс производства пар, который, как считают астрономы, привёл к появлению гиперновой SN 2006gy. При появлении фотонов достаточно высокой энергии появятся и электрон-позитронные пары, из-за чего упадёт давление и начнётся неуправляемая реакция, уничтожающая звезду
При наличии большого количества позитронов они начнут сталкиваться с любыми имеющимися электронами. Эти столкновения приведут к их аннигиляции и появлению двух фотонов гамма-излучения определённой, высокой энергии. Если скорость появления позитронов (и, следовательно, гамма-лучей) достаточно низка, ядро звезды остаётся стабильным. Но если скорость увеличится достаточно сильно, эти фотоны, с энергией больше 511 кэВ, будут разогревать ядро. То есть, если начать производство электрон-позитронных пар в схлопывающемся ядре, скорость их производства будет расти всё быстрее и быстрее, что будет ещё сильнее разогревать ядро! Бесконечно это продолжаться не может – в результате это приведёт к появлению самой зрелищной сверхновой из всех: парно-нестабильной сверхновой, в которой происходит взрыв целиком всей звезды массой в более, чем 100 солнц!
Это значит, что для сверхмассивной звезды есть четыре варианта развития событий:
- Сверхновые низкой массы порождают нейтронную звезду и газ.
- Сверхновые более высокой массы порождают чёрную дыру и газ.
- Массивные звёзды в результате прямого коллапса порождают массивную чёрную дыру без всяких других остатков.
- После взрыва гиперновой остаётся один только газ.
При изучении очень массивной звезды появляется искушение предположить, что она станет сверхновой, после чего останется чёрная дыра или нейтронная звезда. Но на самом деле есть ещё два возможных варианта развитии событий, которые уже наблюдали, и которые происходят довольно часто по космическим меркам. Учёные всё ещё работают над пониманием того, когда и при каких условиях происходит каждое из этих событий, но они на самом деле происходят. В следующий раз, рассматривая звезду, во много раз превосходящую Солнце по массе и размеру, не думайте, что сверхновая станет неизбежным итогом. В таких объектах остаётся ещё много жизни, и много вариантов их гибели. Мы знаем, что наша наблюдаемая Вселенная началась со взрыва. В случае наиболее массивных звёзд мы пока ещё не уверены, закончат ли они свою жизнь взрывом, уничтожив себя целиком, или же тихим коллапсом, полностью сжавшись в гравитационную бездну пустоты.
5000 лет назад яркий диск, по блеску не уступающий Солнцу, зажегся на небосклоне. Жители города в панике бросились к храмам. Жрецы предрекали несчастья и небесную кару, что падет на головы грешникам, если они не принесут богатые жертвы, чтобы служители молитвами отвели беду. Наивные горожане вереницами потянулись к храму, неся добро, в надежде что несчастья пройдут мимо. Жрецы усердно молились и милосердный Бог отвел беду. Второе солнце стало тускнеть, а через год вообще исчезло с небес. На клинописных табличках, сохранившихся со времен древней цивилизации Шумеров, ученые сумели расшифровать записи о втором солнце.
Спустя сотни лет в записях китайских и арабских астрономов от 1054 года также встречаются упоминания о появлении яркой звезды на небосводе, свет которой и днем и ночью в течение трех недель удивлял наблюдателей.
Но древние люди, наблюдая за ярким свечением, даже предположить не могли, что яркая вспышка на небе – это не рождение новой звезды, а смерть старого, отжившего свой век, небесного тела, в котором прекратились термоядерные реакции и под влиянием собственных гравитационных сил произошел большой взрыв, который был виден за десятки световых лет. Для систем,находящихся поблизости, это катастрофа, несущая гибель в радиусе 50 световых лет. Ведь энергия взрыва достигает 1046 Дж, а температура сверхновых звезд – 100 миллиардов градусов!
Отличия новой и сверхновой
Древние наблюдатели не задумывались о том, что яркое небесное тело на небосклоне может быть итогом разных процессов. Священный трепет и невозможность заметить разницу без специального оборудования не позволяли постичь это знание. И лишь с появлением телескопов различия были обнаружены. Оказалось, что то, что мы называем новой или сверхновой звездой – это не сама звезда, а всего лишь ее взрыв.
И хотя названия похожи, процессы, происходящие при этих астрономических явлениях, имеют довольно значительные отличия.
Вспышка сверхновой звезды
Во время жизни огненного светила происходит непримиримая борьба между разнонаправленными силами. К центру звездной массы сжимает звезду изо всех сил гравитация, стараясь превратить огненный огромный шар в футбольный мячик. Термоядерные реакции, кипящие в толще звездных масс и на поверхности, стараются разорвать светило на мелкие кусочки.
В толще юной звезды запасы водорода огромны, и благодаря постоянно протекающим реакциям образования гелия из атомов водорода, силы гравитации и термоядерных реакций находятся в относительном равновесии.
Но ничто не вечно, и за пару-тройку миллиардов лет запасы водорода истощаются и некогда активная звезда стареет. Ядро становится комком раскаленного гелия, по краям которого выгорает водород. В предсмертных конвульсиях догорают последние запасы водорода и вот уже небесное светило не в силах противостоять собственной гравитации.
Звезда сжимается и уменьшается в несколько сотен тысяч раз. И единовременно практически весь запас звездной энергии высвобождается наружу. Последний вздох умирающей звезды – яркая вспышка взрыва , что в летописях и трактатах наблюдатели-астрономы описывают как рождение сверхновой.
Взрыв неимоверной мощи по яркости превосходит светимость целой галактики, а тяжелые элементы космический ветер разносит по межзвездному пространству. Из остатков звезды образуются новые планеты в звездных системах, расположенных в сотнях световых лет от места, где произошла космическая трагедия.
В зависимости от типа погибшей звезды выделяют:
При взрыве сверхновой звезда погибает навсегда, превращаясь либо в черную дыру, либо в нейтронную звезду.
Взрыв новой – зрелище не менее впечатляющее (ведь светимость ничем не примечательного небесного тела увеличивается от 50 тысяч до 100 тысяч раз), но более частое. Обычно это происходит в системе из двух звезд, в которой одна планета значительно старше и в своем возрасте находится на главной последовательности или перешла в стадию красного гиганта и уже успела заполнить свою полость Роша, а вторая звезда – белый карлик. В результате тесного взаимодействия на белый карлик от гигантской соседки через окрестности точки Лагранжа L1 перетекает газ, содержащий до 90% водорода.
Полученное карликом вещество формирует вокруг меньшей звезды аккреционный диск. Скорость аккреции на белый карлик – постоянная величина, и, зная параметры звезды-компаньона и отношение масс звёзд-компонентов двойной системы, это значение можно рассчитать.
Но жадность еще никого до добра не доводила, и когда водорода вокруг белого карлика становится в избытке, происходит взрыв невероятной силы, а если масса белого карлика достигает 1.4 солнечной, происходит необратимый взрыв сверхновой.
Если подвести итог сказанному выше, новой звездой называют взрыв в результате термоядерных реакций на поверхности небольшой плотной звезды. А в результате взрыва сверхновой происходит сжатие ядра огромной звезды, по своей массе в десятки раз больше чем Солнце, с полным уничтожением окружающих звезду слоев.
Читайте также: