Свръхнова: какво е и как възниква
Свръхнова: какво е и как възниква — разберете механизма на гигантските звездни експлозии, тяхната енергия, остатъци (неутронни звезди/черни дупки) и влияние върху галактиките.
Свръхнова е експлозията на гигантска звезда. Обикновено това се случва, когато ядреният синтез не може да задържи ядрото срещу собствената му гравитация. Ядрото се срутва и експлодира.
Най-големите свръхнови се наричат хипергиганти, а по-малките - свръхгиганти. Те са масивни: поради гравитацията изразходват енергията си много бързо. Обикновено те живеят само няколко милиона години.
По време на експлозията общата енергия, излъчвана от свръхновите, може за кратко да засенчи цялата енергия на една галактика. Те излъчват енергия, равна на тази от целия живот на звезда, подобна на Слънцето. При експлозията звездният материал се изхвърля далеч от звездата със скорост до 30 000 km/s или 10 % от скоростта на светлината. Това предизвиква ударна вълна в заобикалящата я междузвездна среда. Тя помита разширяваща се обвивка от газ и прах, която виждаме като остатък от свръхнова. След експлозията това, което остава, се превръща в черна дупка или неутронна звезда.
Повечето звезди са малки и не експлодират. Те стават по-студени и по-малки и се превръщат в бели джуджета.
Експлозиите на свръхнови се случват рядко. В нашата галактика, Млечния път, последната свръхнова се е случила през 1604 г. Можем да наблюдаваме свръхнови и в други галактики. Всяка година наблюдаваме 300 свръхнови в други галактики, тъй като те са толкова много. Понякога те са по-ярки от цялата останала галактика.
Как възниква свръхнова
Има два основни механизма за възникване на свръхнова:
- Колапс на ядрото (core-collapse) — при масивни звезди (над ~8 слънчеви маси) ядреното гориво се изтощава, ядрените реакции вече не поддържат вътрешното налягане и централното ядро се срутва. Рязкото срутване и последвалото отскокване на вътрешните слоеве предизвиква мощна експлозия, която изхвърля външните слоеве на звездата. Резултатът често е неутронна звезда или черна дупка.
- Термоядрена експлозия (Type Ia) — възниква в двоични системи, където бяло джудже натрупва вещество от спътник до достигане на т.нар. граница на Чандрасецхар (~1.4 слънчеви маси) и тогава вътрешността се възпламенява неконтролируемо. Това води до пълно разрушаване на бялото джудже и мощна термоядрена експлозия. Type Ia свръхновите са много ярки и имат характерни светлинни криви, което ги прави полезни като "стандартни свещи" в космологията.
Типове свръхнови и признаци
Астрономите класифицират свръхновите по спектрални признаци и по форма на светлинната крива. По-важните групи включват:
- Тип II — показват линии на водород в спектъра; характерни за колапсиращи масивни звезди. Подвидове (II-P, II-L, IIn и др.) се различават по форма на светлинната крива и по взаимодействието с околната материя.
- Тип Ib и Ic — също резултат от колапс, но звездите са загубили външните си водородни (Ib) и водород+хелий (Ic) слоеве преди експлозията.
- Тип Ia — термоядрени експлозии на бели джуджета в двойни системи; липсват водородни линии и имат характерен спектър и светлинни криви.
Енергия, скорост и остатъци
Типичната енергия, освободена при свръхнова, е от порядъка на 10^44 джаула (≈10^51 ерг). По-голямата част от тази енергия е кинетична енергия на изхвърления материал; част от нея се излъчва като светлина, неутрино и рентгеново/гамма лъчение. Скоростите на изхвърляния материал могат да достигнат десетки хиляди km/s (до ~30 000 km/s).
След експлозията останалите обекти често са:
- Неутронна звезда — ако останалата маса е между примерно 1.4 и ~3 слънчеви маси; някои неутронни звезди стават пулсари.
- Черна дупка — ако остатъчната маса е по-голяма от границата за стабилен неутронен обект.
- Остатък от свръхнова — разширяващ се облак от газ и прах (например Мъглявината Ракообразна), който може да остане видим хиляди до стотици хиляди години и да стимулира последващо формиране на звезди.
Роля в космоса и елементи
Свръхновите са ключови за химическата еволюция на Вселената. Те синтезират и разпръскват елементи по-тежки от хелия — включително въглерод, кислород, желязо и по-тежки елементи — в междузвездната среда. Някои процеси (като r-процесът) при свръхновни и при сливане на неутронни звезди могат да произведат много от най-тежките елементи (злато, уран и др.).
Наблюдение и значение за науката
Свръхновите се наблюдават по целия електромагнитен спектър — от радио и видима светлина до рентгенови и гама-лъчи — както и чрез неутрино и, потенциално, чрез гравитационни вълни. Примерно наблюдение е SN 1987A в Голямото Магеланово Облако, чиито неутрини бяха засечени на Земята, давайки директна информация за колапса на ядрото.
Type Ia свръхновите са особено важни в космологията — техните светлинни криви позволиха да се измери разширението на Вселената и да се открие ускоряването му (свързано с тъмната енергия).
Колко често се случват
В големи галактики като Млечния път очакваната честота на свръхнови е от порядъка на няколко на век (≈1–3 на век). Поради прах и местоположението им в галактиката не всички свръхнови са видими с просто око; последната ясно наблюдавана от Земята свръхнова в Млечния път, видима с невъоръжено око, е от 1604 г. (известна като свръхновата на Кеплер). Има и други случаи, при които остава твърде много прах и светлината не достига до нас, но остатъците (например Кас A) могат да подскажат за по-скорошни събития.
Заключение
Свръхновите са едни от най-мощните и значими събития във Вселената: те завършват живота на най-масивните звезди, произвеждат и разпространяват тежки елементи, влияят на динамиката и формирането на звездни системи и служат като инструменти за изследване на космологията и физиката на екстремални условия. Наблюденията им продължават да разкриват нови подробности за механиката на експлозиите и за ролята им в космическата еволюция.
Видове
Свръхновите обикновено се разделят на свръхнови от тип I и тип II.
Свръхновите от тип I имат абсорбционни линии, които показват, че в тях няма водород. Свръхновите от тип Ia са много ярки за кратък период от време. След това много бързо стават по-малко ярки. Свръхновите от тип Ia се случват, когато бяло джудже обикаля около голяма звезда. Понякога звездата бяло джудже изсмуква материя от голямата звезда. Когато масата на бялото джудже стане около 1,4 пъти по-голяма от масата на Слънцето, то се разрушава. При това се получават много енергия и светлина, поради което свръхновите са много ярки. Тип 1а има предимно същата яркост. Това позволява те да се използват като вторична стандартна свещ за измерване на разстоянието до галактиките-приемници.
Свръхновите от тип II имат абсорбционни линии, които показват, че в тях има водород. Звездата трябва да е с маса поне 8 пъти и не повече от 40-50 пъти по-голяма от тази на Слънцето, за да претърпи този тип експлозия.
В звезда като Слънцето ядреният синтез превръща водорода в хелий. В много големите звезди хелият се превръща в кислород и т.н. Звездата се слива с елементи с все по-висока маса, преминавайки през периодичната таблица, докато се получи ядро от желязо и никел. Сливането на желязо или никел не произвежда нетна енергия, така че не може да се извърши повече синтез. Но колапсът на ядрото е толкова бърз (около 23 % от скоростта на светлината), че се получава огромна ударна вълна. Изключително високата температура и налягане продължават достатъчно дълго за кратък момент, в който се получават елементи, по-тежки от желязото. В зависимост от първоначалния размер на звездата остатъците от ядрото образуват неутронна звезда или черна дупка.
Свръхнови и живот
Без свръхнови на Земята нямаше да има живот. Това е така, защото много от химичните елементи са били създадени при експлозиите на свръхнови. Те се наричат "тежки елементи". Тежките елементи са необходими за създаването на живи същества. Свръхновата е единственият начин, по който могат да се получат тежки елементи. Други елементи са получени чрез термоядрен синтез в звездите. Тежките елементи се нуждаят от много висока температура и налягане, за да се образуват. При експлозията на свръхнова в махалата температурата и налягането са толкова високи, че тежките елементи могат да се получат. Учените наричат това свръхнова нуклеосинтеза.
Може да е опасно, ако експлозия на свръхнова се случи много близо до Земята. Експлозията е много голяма и се образуват много видове опасни лъчения. Но не е нужно да се страхуваме. Само много големи звезди могат да експлодират като свръхнови. В близост до Земята няма достатъчно големи звезди, а ако имаше, щяха да са необходими милиони години, за да се случи това.
Важни свръхнови
SN 1572 е наблюдавана от Тихо Брахе. Тази свръхнова помага на астрономите да разберат, че нещата в космоса могат да се променят. SN 1604 е наблюдавана от Йоханес Кеплер. Това е последната свръхнова, която е достатъчно близо, за да бъде наблюдавана от северното полукълбо на Земята без телескоп. SN 1987A е единствената свръхнова, която е толкова близо, че учените могат да открият неутрино от нея. SN 1987A също така е била достатъчно ярка, за да се види без телескоп. Хората в южното полукълбо я видяха.
Ефекти върху Земята
На Земята има следи от минали свръхнови. Следи от радиоактивно желязо-60, което е силен индикатор за останки от свръхнови, са заровени в морското дъно по цялото земно кълбо.
"Местният мехур" е раздуваща се област от горещ газ с диаметър 600 светлинни години. Той заобикаля Слънчевата система и доминира в звездния ни район. Образуван е от над дузина свръхнови, избухнали в близкия движещ се звезден куп. Това се е случило преди 2,3 милиона до 1,5 милиона години. Това приблизително съответства на началото на плейстоценските ледникови периоди. Връзката може да е случайна.
Свързани страници
Въпроси и отговори
Въпрос: Какво е свръхнова?
О: Свръхнова е експлозия на гигантска звезда, която се случва, когато ядреният синтез не може да задържи ядрото срещу собствената си гравитация, което води до колапс и експлозия.
В: Какъв тип звезди предизвикват свръхнови?
О: Най-големите звезди, които предизвикват свръхнови, са хипергигантите, а по-малките - свръхгигантите.
В: Колко енергия излъчват свръхновите?
О: Свръхновите излъчват енергия, равна на тази от целия живот на звезда, подобна на Слънцето. Освен това те излъчват обща енергия, която за кратко време засенчва цялата енергия на една галактика.
Въпрос: Колко бързо се придвижва материалът от звездата по време на експлозията?
О: По време на експлозия материалът от звездата се движи със скорост до 30 000 km/s или 10 % от скоростта на светлината.
В: Какво се случва след експлозията?
О: След експлозията това, което остава, се превръща или в черна дупка, или в неутронна звезда.
В: Повечето звезди ли експлодират като свръхнови?
О: Не, повечето звезди са малки и не избухват като свръхнови. След фазата си на червен гигант те стават по-студени и по-малки и вместо това се превръщат в бели джуджета.
В: Кога за последен път хората са видели свръхнова в нашата галактика, Млечния път?
О: За последен път свръхнова в нашата галактика, Млечния път, е наблюдавана през 1604 г.
обискирам