Нова — звездна експлозия на бяло джудже: причини, видове, примери

Разкриваме тайните на новите — ядрени експлозии на бяло джудже: причини, видове, ярки примери и наблюдения от RS Ophiuchi до Nova Cygni.

Новата (в множествено число novae или novas) е огромна ядрена експлозия на звезда бяло джудже. Тя предизвиква внезапно изсветляване на звездата, което може да направи иначе блед обект видим дори с невъоръжено око.

Причини и механизъм

Новите възникват в системи, където едно бяло джудже е в двойна система с друга звезда (главно еволюирала звезда или главно последователна звезда). Ако двете звезди са достатъчно близки, гравитацията на бялото джудже изтегля материал — предимно водород — от повърхността на звездата-спътник. Натрупването на този водород върху повърхността на бялото джудже, което е деградиращ, води до повишаване на налягането и температурата в натрупания слой.

Когато условията станат подходящи (висока температура и налягане под условията на деградиращо вещество), настъпва термоядрен синтез чрез реакция от типа термоядрен взрив (thermonuclear runaway). Това води до бързо освободена енергия и експлозивно изхвърляне на външните слоеве на акумулираната обвивка. Част от материала се преобразува чрез ядрен синтез, останалата част се изхвърля в пространството като обвивка (експулсия).

Количеството изхвърлена маса при типична нова обикновено е малко: от порядъка на 10⁻⁵ до 10⁻⁴ от слънчевата маса (приблизително 1⁄10 000 до 1⁄100 000 M☉). Само малка част от акретирания материал съсвършва ядрен синтез — в някои оценки това е няколко процента от натрупаната маса. Експулсията дава енергия, която ускорява изхвърлените частици до скорости от порядъка на стотици до няколко хиляди километра в секунда; при свръхновите тези скорости обикновено са значително по-високи.

Видове нови

• Класическа нова: единично наблюдавано или първично регистрирано избухване на бяло джудже в катаклизмична променлива (cataclysmic variable). След избухването системата може да остане видима като постоянен катаклизъм и да се повтаря само след много дълъг период.
• Рецидивираща (recurrent) нова: системи, които доказано са избухвали многократно в исторически времена (напр. RS Ophiuchi, с избухвания през 1898, 1933, 1958, 1967, 1985 и 2006 г.). При тези системи интервалите между избухванията са десетилетия или по-малко, което често показва масивно бяло джудже и висока скорост на акреция.
• Дварфова (dwarf) нова: при тях внезапното изсветляване се дължи предимно на нестабилност в акреционния диск около белия джудже (диск-нестабилности), а не на термоядрен взрив. Те са свързани с катаклизмични променливи, но са различен феномен от термоядрените нови.
• Симбиотична нова: настъпва в двойни системи, където спътникът е червен гигант; взаимодействието с гъстия вятър на гиганта може да доведе до различни наблюдавани особености, включително силно шоково взаимодействие и излъчване в различни честоти.

Спектрално и светлинно новите се класифицират и по други признаци, напр. по скоростта на спад (периодът, за който яркостта пада с 2 или 3 звездна величина — т.нар. t2, t3) и по спектрални характеристики (като системи с доминиращи линии на Fe II или с видими He/N линии). Тези класове дават информация за масата на изхвърлената обвивка, скоростта ѝ и за взаимодействието ѝ с околната среда.

Наблюдения, излъчване и примери

Освен в оптичната област, новите могат да излъчват ултравиолетова, рентгенова и радиационна енергия. През 2010 г. астрономите с помощта на космическия телескоп на НАСА Fermi Gamma-ray Space Telescope с изненада откриват за първи път, че нова може да излъчва и гама-лъчи (>100 MeV) — откриване, свързано с взаимодействие между изхвърлените материали и гъстата среда около системата (първият такъв случай беше системата V407 Cyg, симбиотична нова).

Звездата в системата може да стане много по-ярка: пикът на яркостта варира от няколко пъти по-ярка от Слънцето до 50 000–100 000 пъти по-ярка в оптичен диапазон (в абсолютни величини). Наблюдаваните максимални видими величини зависят и от разстоянието и от поглъщането в междузвездната среда.

Някои нови са достатъчно ярки и близо до нас, за да бъдат видяни без оптика. Примери от скорошни десетилетия включват:

• Nova Cygni 1975 (V1500 Cyg) — една от най-ярките нови в модерната епоха, достигнала около зрителна величина 2,0.
• V1280 Scorpii (2007) — достигнала магнитуд около 3,7.
• Nova Delphini 2013 (V339 Del) — ярка нова, добре изучена с множество инструменти.
• Nova Centauri 2013 (V1369 Cen) — открита на 2 декември 2013 г., достигнала магнитуд около 3,3 и е една от най-ярките нови на това хилядолетие.
• Исторически примери: GK Persei (Nova Persei 1901) — оставила видима обвивка, която се изучава и днес.

Дългосрочни последици и връзка със свръхновите

Бялото джудже може да генерира множество нови през хиляди или повече години, тъй като върху повърхността му непрекъснато се натрупва допълнителен водород от спътника. При някои системи с високи темпове на акреция и с много масивно бяло джудже възможно е то с времето да натрупа маса и да се приближи към границата на Чандрасехар. Ако бъде превишена, бялото джудже може да завърши като свръхнова от тип Ia.

Все пак важно е да се отбележи, че при много нови общото количество маса, което белият джудже губи при експлозията, може да бъде по-голямо от акретираната маса между избухванията. Затова дали дадено бяло джудже нараства масово с течение на времето е въпрос на активно изследване и зависи от конкретните параметри на системата.

Честота и откриване

Астрономите оценяват, че в Млечния път настъпват приблизително 30–60 нови годишно, с вероятна стойност около 40. Броят на действително откритите нови всяка година в нашата галактика е значително по-малък (около 10), поради селективни ефекти: поглъщане от междузвездна прах, неблагоприятна видимост от Земята и липса на непрекъснато покритие на цялото небе. В други близки галактики — например в галактиката Андромеда — се откриват редовно нови (около 25 годишно, по-ярки от приблизително 20-та звездна величина), а в още по-отдалечени галактики броят е по-малък и зависи от чувствителността на наблюденията.

Наблюдение и значение за науката

Новите са важни лаборатории за изучаване на термоядрените процеси при високи плътности, на взаимодействието между бързо движещи се обвивки и околната среда, и на еволюцията на двойните системи. Те служат също и като тест за модели на акреция, за синтез на леки елементи и за ролята на белите джуджета като възможни предшественици на свръхновите тип Ia.

Наблюдателите-аматори продължават да имат голям принос в откриването и проследяването на нови, а модерните автоматизирани небесни проучвания (surveys) значително увеличават честотата на откриване и позволяват ранни спектрални и фотометрични наблюдения, които са ценни за разгадаване на физиката на тези експлозии.

Въпроси и отговори

В: Какво е nova?

В: Колко материал се изхвърля при свръхнова?

Въпрос: Колко бързо се движи изхвърлената от нова маса?

В: Колко ярка може да стане Новата?

В: Кой е най-яркият скорошен пример за нова?

В: Колко Нови се очаква да се появяват в Млечния път всяка година?

Въпрос: Колко новела се откриват в други галактики като Андромеда всяка година?

Търсене по буква