O supernovă sau o explozie de supernovă este un fenomen în timpul căruia o stea își mărește brusc luminozitatea cu 4–8 ordine de mărime (cu 10–20 de magnitudini ), urmată de o atenuare relativ lentă a fulgerului [1] [2] . Este rezultatul unui proces cataclismic care are loc la sfârșitul evoluției unor stele și este însoțit de eliberarea unei cantități uriașe de energie.
De regulă, supernovele sunt observate după fapt, adică atunci când evenimentul a avut deja loc, iar radiația sa a ajuns pe Pământ. Prin urmare, natura supernovelor a fost neclară pentru o lungă perioadă de timp. Dar acum există destul de multe scenarii care duc la astfel de focare, deși principalele prevederi sunt deja destul de clare .
Explozia este însoțită de ejectarea unei mase semnificative de materie din învelișul exterior al stelei în spațiul interstelar, iar din partea rămasă a materiei din miezul stelei explodate, de regulă, se formează un obiect compact - o stea neutronică , dacă masa stelei înainte de explozie era mai mare de 8 mase solare (M ☉ ), sau o gaură neagră cu o masă a stelei peste 40 M ☉ (masa nucleului rămas după explozie este de peste 5 M ☉ ). Împreună formează o rămășiță de supernovă .
Un studiu cuprinzător al spectrelor obținute anterior și al curbelor de lumină, combinat cu studiul resturilor și al posibilelor stele progenitoare, face posibilă construirea de modele mai detaliate și studierea condițiilor deja existente până la momentul izbucnirii .
Printre altele, materialul ejectat în timpul izbucnirii conține în mare măsură produsele fuziunii termonucleare, care a avut loc de-a lungul vieții stelei. Datorită supernovelor, Universul ca întreg și fiecare galaxie în special evoluează chimic.
Numele reflectă procesul istoric de studiu al stelelor, a cărui strălucire se schimbă semnificativ în timp, așa-numitele stele noi .
Numele este alcătuit din eticheta SN , după care se pune anul descoperirii, care se termină cu o desemnare cu una sau două litere. Primele 26 de supernove ale anului curent primesc desemnări cu o singură literă la sfârșitul numelui de la majuscule de la A la Z. Restul supernovelor primesc denumiri mici de două litere: aa , ab și așa mai departe. Supernovele neconfirmate sunt notate cu literele PSN ( în engleză posibil supernova ) cu coordonate cerești în formatul Jhhmmssss+ddmmsss .
Clasă | Subclasă | Mecanism | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
I Fără linii de hidrogen |
Linii puternice de siliciu ionizat (Si II) la 6150 Å | In absenta
După explozie, nu mai rămâne nimic (nici măcar un pitic). |
explozie termonucleară | |||||
Iax [4] La luminozitate maximă, au o luminozitate mai mică comparativ cu Ia. După explozie, rămâne o pitică albă, care capătă o viteză mai mare de mișcare. | ||||||||
Liniile de siliciu sunt slabe sau absente | Liniile Ib Helium (He I) sunt prezente. |
Colapsul gravitațional | ||||||
Ic Liniile de heliu sunt slabe sau absente | ||||||||
II Există linii de hidrogen |
II-P/L/N Constanta de spectru |
II-P/L Fără linii înguste |
II-P Curba luminii are un platou | |||||
Mărimea II-L scade liniar cu timpul [5] | ||||||||
IIn Linii înguste prezente | ||||||||
IIb Spectrul se modifică în timp și devine similar cu spectrul Ib. |
Curbele luminii pentru tipul I sunt foarte asemănătoare: 2–3 zile are loc o creștere bruscă, apoi este înlocuită cu o scădere semnificativă (cu 3 magnitudini) 25–40 de zile, urmată de o slăbire lentă, aproape liniară în scara mărimii . Mărimea absolută a maximului, în medie, pentru Ia erupții este , iar pentru Ib/c este .
Dar curbele de lumină de tip II sunt destul de diverse. Pentru unii, curbele semănau cu cele de tip I, doar cu o scădere mai lentă și mai prelungită a luminozității până la debutul etapei liniare. Alții, după ce au atins un vârf, au rămas pe el până la 100 de zile, apoi luminozitatea a scăzut brusc și a ajuns la o „coadă” liniară. Mărimea absolută a maximului variază într-un interval larg de la până la . Valoarea medie pentru IIp este , pentru II-L .
Clasificarea de mai sus conține deja câteva dintre principalele caracteristici ale spectrelor de supernove de diferite tipuri, să ne oprim asupra a ceea ce nu a fost inclus. Prima și foarte importantă caracteristică, care a împiedicat mult timp interpretarea spectrelor obținute, este că liniile principale sunt foarte largi.
Spectrele supernovelor de tip II și Ib/c sunt caracterizate prin:
Frecvența izbucnirilor depinde de numărul de stele din galaxie sau, ceea ce este același pentru galaxiile obișnuite, de luminozitate. Cantitatea general acceptată care caracterizează frecvența erupțiilor în diferite tipuri de galaxii este SNu [6] :
unde este luminozitatea solară în filtrul B. Pentru diferite tipuri de erupții, valoarea acesteia este [6] :
tip galaxie | In absenta | Ib/c | II |
---|---|---|---|
spirală | 0,2 | 0,25 | 0,65 |
eliptic | 0,31 | Nu | Nu |
În acest caz, supernovele Ib/c și II gravitează spre brațele spiralate.
Observarea resturilor de supernovaSchema canonică a rămășiței tinere este următoarea [7] :
Împreună formează următoarea imagine: în spatele frontului undei de șoc extern, gazul este încălzit la temperaturi T S ≥ 10 7 K și emite în domeniul de raze X cu o energie fotonică de 0,1–20 keV; în mod similar, gazul în spatele frontului undei de întoarcere se formează a doua regiune de radiație cu raze X. Liniile de Fe, Si, S și alte elemente puternic ionizate indică natura termică a radiației din ambele straturi.
Radiația optică a rămășiței tinere creează gaze în aglomerări în spatele frontului undei secundare. Deoarece viteza de propagare este mai mare în ele, ceea ce înseamnă că gazul se răcește mai repede, iar radiația trece din domeniul de raze X în cel optic. Originea impactului radiației optice este confirmată de intensitatea relativă a liniilor.
Fibrele din Cassiopeia A arată clar că originea aglomerărilor de materie poate fi dublă. Așa-numitele fibre rapide se împrăștie cu o viteză de 5000-9000 km/s și radiază doar în liniile O, S, Si - adică acestea sunt ciorchine formate în momentul exploziei unei supernove. Condensările staționare, pe de altă parte, au o viteză de 100–400 km/s, iar în ele se observă o concentrație normală de H, N, O. Împreună, aceasta indică faptul că această substanță a fost ejectată cu mult înainte de explozia supernovei și a fost încălzit ulterior de o undă de şoc externă.
Emisia radio sincrotron de la particule relativiste într-un câmp magnetic puternic este principala semnătură de observație pentru întreaga rămășiță. Regiunea de localizare a acestuia este regiunile frontale ale undelor externe și de întoarcere. Radiația de sincrotron se observă și în domeniul razelor X [7] .
Natura supernovelor Ia este diferită de natura altor erupții. Acest lucru este evident evidențiat de absența erupțiilor de tip Ib/c și de tip II în galaxiile eliptice. Din informațiile generale despre acestea din urmă, se știe că există puține stele gazoase și albastre, iar formarea stelelor s-a încheiat acum 10-10 ani. Aceasta înseamnă că toate stelele masive și-au încheiat deja evoluția, iar dintre cele neevoluate, au rămas doar stele cu o masă mai mică decât soarele. Din teoria evoluției stelare se știe că este imposibil să arunci în aer stelele de acest tip și, prin urmare, este necesar un mecanism de extindere a vieții pentru stelele cu mase 1-2M ⊙ [6] .
Absența liniilor de hidrogen în spectrele lui Ia \ Iax indică faptul că este extrem de mică în atmosfera stelei originale. Masa materiei ejectate este destul de mare - 1M ⊙ , conține în principal carbon, oxigen și alte elemente grele. Și liniile Si II deplasate indică faptul că reacțiile nucleare au loc activ în timpul ejecției. Toate acestea convin că o pitică albă, cel mai probabil una carbon-oxigen, acționează ca o stea precursoare [8] .
Gravitația către brațele spiralate ale supernovelor de tip Ib\c și II indică faptul că steaua progenitoare este stele O de scurtă durată cu o masă de 8-10M ⊙ .
Explozie termonuclearăO modalitate de a elibera cantitatea necesară de energie este o creștere bruscă a masei substanței implicate în arderea termonucleară, adică o explozie termonucleară. Cu toate acestea, fizica stelelor individuale nu permite acest lucru. Procesele din stelele situate pe secvența principală sunt în echilibru. Prin urmare, toate modelele iau în considerare stadiul final al evoluției stelare - piticele albe . Cu toate acestea, aceasta din urmă în sine este o stea stabilă și totul se poate schimba numai atunci când se apropie de limita Chandrasekhar . Acest lucru duce la concluzia fără echivoc că o explozie termonucleară este posibilă numai în mai multe sisteme stelare, cel mai probabil în așa-numitele stele binare .
În această schemă, există două variabile care afectează starea, compoziția chimică și masa finală a substanței implicate în explozie.
Primul [8] :
Al doilea:
Comun pentru toate scenariile de supernova Ia este că piticul care explodează este cel mai probabil carbon-oxigen. În valul de ardere, mergând de la centru la suprafață, reacțiile curg [9] :
Masa substanței care reacționează determină energia exploziei și, în consecință, strălucirea la maxim. Dacă presupunem că întreaga masă a piticei albe intră în reacție, atunci energia exploziei va fi 2,2 10 51 erg [10] .
Comportarea ulterioară a curbei luminii este determinată în principal de lanțul de dezintegrare [9] :
Izotopul 56 Ni este instabil și are un timp de înjumătățire de 6,1 zile. În plus , e -captura duce la formarea nucleului 56Co, predominant într- o stare excitată cu o energie de 1,72 MeV. Acest nivel este instabil, iar tranziția nucleului la starea fundamentală este însoțită de emisia unei cascade de γ-quanta cu energii de la 0,163 MeV la 1,56 MeV. Aceste cuante experimentează împrăștierea Compton , iar energia lor scade rapid la ~100 keV. Astfel de cuante sunt deja absorbite efectiv de efectul fotoelectric și, ca urmare, încălzesc substanța. Pe măsură ce steaua se extinde, densitatea materiei din stea scade, numărul de ciocniri fotonice scade, iar materia de pe suprafața stelei devine transparentă la radiații. După cum arată calculele teoretice, această situație apare la aproximativ 20-30 de zile după ce steaua își atinge luminozitatea maximă.
După 60 de zile de la debut, substanța devine transparentă la radiațiile γ. O decădere exponențială începe pe curba luminii. Până în acest moment, izotopul 56 Ni s-a degradat deja, iar eliberarea de energie se datorează dezintegrarii β a 56 Co la 56 Fe ( T 1/2 = 77 zile) cu energii de excitație de până la 4,2 MeV.
Colapsul nucleului gravitaționalAl doilea scenariu pentru eliberarea energiei necesare este prăbușirea nucleului stelei. Masa sa ar trebui să fie exact egală cu masa rămășiței sale - o stea neutronică, înlocuind valorile tipice pe care le obținem [11] :
erg,unde M = M ☉ și R = 10 km, G este constanta gravitațională. Ora tipică este:
c,unde ρ 12 este densitatea stelei, normalizată la 10 12 g/cm 3 .
Valoarea obținută este cu două ordine de mărime mai mare decât energia cinetică a învelișului. Este nevoie de un purtător care, pe de o parte, trebuie să transporte energia eliberată și, pe de altă parte, să nu interacționeze cu materia. Neutrinul este potrivit pentru rolul unui astfel de purtător.
Mai multe procese sunt responsabile de formarea lor. Primul și cel mai important pentru destabilizarea unei stele și începutul compresiei este procesul de neutronizare [11] :
Neutrinii din aceste reacții elimină 10%. Rolul principal în răcire îl joacă procesele URCA (răcire cu neutrini):
În loc de protoni și neutroni, nucleele atomice pot acționa și cu formarea unui izotop instabil care suferă dezintegrare beta:
Intensitatea acestor procese crește odată cu compresia, accelerând-o astfel. Acest proces este oprit prin împrăștierea neutrinilor de către electroni degenerați, în timpul cărora aceștia sunt termolizați.[ termen necunoscut ] și sunt blocate în interiorul substanței. Se realizează o concentrație suficientă de electroni degenerați la densitățile g/cm 3 .
Rețineți că procesele de neutronizare au loc numai la densități de 10 11 g/cm 3 , care sunt realizabile numai în miezul unei stele. Aceasta înseamnă că echilibrul hidrodinamic este încălcat numai în el. Straturile exterioare sunt în echilibru hidrodinamic local, iar colapsul începe numai după ce miezul central se contractă și formează o suprafață solidă. Recul de pe această suprafață asigură ejectarea tecii.
Modelul unei tinere rămășițe de supernovă Teoria evoluției unei rămășițe de supernovăExistă trei etape în evoluția unei rămășițe de supernovă:
Expansiunea învelișului se oprește în momentul în care presiunea gazului rămas devine egală cu presiunea gazului în mediul interstelar. După aceea, rămășița începe să se risipească, ciocnindu-se de norii care se mișcă aleatoriu. Timpul de resorbție atinge:
aniPe lângă incertitudinile din teoriile supernovei Ia descrise mai sus, mecanismul exploziei în sine provoacă multe controverse. Cel mai adesea, modelele pot fi împărțite în următoarele grupuri [12] :
Cel puțin pentru fiecare combinație de condiții inițiale, mecanismele enumerate pot fi găsite într-o variație sau alta. Dar gama de modele propuse nu se limitează la asta. Ca exemplu, putem cita modele când două pitice albe detonează deodată. Desigur, acest lucru este posibil numai în acele scenarii în care ambele componente au evoluat.
Exploziile de supernove sunt principala sursă de completare a mediului interstelar cu elemente cu numere atomice mai mari (sau, după cum se spune, mai grele ) He . Cu toate acestea, procesele care le-au dat naștere sunt diferite pentru diferite grupuri de elemente și chiar izotopi.
procesul-r este procesul de formare a nucleelor mai grele din nuclee mai ușoare prin captarea succesivă a neutronilor în cursul reacțiilor ( n , γ) ; continuă atâta timp cât rata de captare a neutronilor este mai mare decât rata de dezintegrare β - a izotopului . Cu alte cuvinte, timpul mediu de captare a n neutroni τ(n,γ) ar trebui să fie:
unde τ β este timpul mediu al dezintegrarii β a nucleelor care formează lanțul procesului r. Această condiție impune o restricție asupra densității neutronilor, deoarece:
unde este produsul dintre secțiunea transversală a reacției ( n ,γ) și viteza neutronilor în raport cu nucleul țintă, mediat pe spectrul de distribuție a vitezei Maxwellian. Având în vedere că procesul r are loc în nuclee grele și medii, 0,1 s < τ β < 100 s, atunci pentru n ~ 10 și temperatura ambiantă T = 10 9 K , obținem densitatea caracteristică:
neutroni / cm3 .Astfel de condiții se realizează în:
Procesul ν este procesul de nucleosinteză, prin interacțiunea neutrinilor cu nucleele atomice. Poate fi responsabil pentru apariția izotopilor 7 Li , 11 B , 19 F , 138 La și 180 Ta [13] .
Interesul lui Hipparchus pentru stelele fixe ar fi putut fi inspirat de observarea unei supernove (după Pliniu). Cea mai veche înregistrare, care este identificată ca o observație a supernovei SN 185 , a fost făcută de astronomii chinezi în 185 d.Hr. Cea mai strălucitoare supernova cunoscută, SN 1006 , a fost descrisă în detaliu de astronomii chinezi și arabi. Supernova SN 1054 a fost bine observată , dând naștere Nebuloasei Crabului . Supernovele SN 1572 și SN 1604 au fost vizibile cu ochiul liber și au avut o mare importanță în dezvoltarea astronomiei în Europa, deoarece au fost folosite ca argument împotriva ideii aristotelice că lumea de dincolo de Lună și sistemul solar este neschimbată. Johannes Kepler a început să observe SN 1604 pe 17 octombrie 1604 . Aceasta a fost a doua supernova care a fost înregistrată în stadiul de strălucire (după SN 1572 a lui Tycho Brahe în constelația Cassiopeia).
Odată cu dezvoltarea telescoapelor , a devenit posibilă observarea supernovelor în alte galaxii, începând cu observarea supernovei S Andromeda în Nebuloasa Andromeda în 1885 . Pe parcursul secolului al XX-lea, au fost dezvoltate modele de succes pentru fiecare tip de supernova, iar înțelegerea rolului lor în procesul de formare a stelelor a crescut. În 1941, astronomii americani Rudolf Minkowski și Fritz Zwicky au dezvoltat o schemă modernă de clasificare a supernovelor.
În anii 1960, astronomii și-au dat seama că luminozitatea maximă a exploziilor de supernove ar putea fi folosită ca o lumânare standard , deci o măsură a distanțelor astronomice. Supernovele oferă acum informații importante despre distanțele cosmologice. Cele mai îndepărtate supernove s-au dovedit a fi mai slabe decât se aștepta, ceea ce, conform conceptelor moderne, arată că expansiunea Universului se accelerează.
Au fost dezvoltate metode pentru reconstruirea istoriei exploziilor de supernove care nu au înregistrări scrise ale observațiilor. Data apariției supernovei Cassiopeia A a fost determinată din ecoul luminos din nebuloasă , în timp ce vârsta rămășiței supernovei RX J0852.0−4622 este estimată din măsurători ale temperaturii și emisiilor γ din dezintegrarea titanului-44 . În 2009, nitrați au fost găsiți în gheața din Antarctica , în concordanță cu momentul exploziei unei supernove.
Pe 23 februarie 1987, în Marele Nor Magellanic , la o distanță de 168 de mii de ani lumină de Pământ, a fulgerat o supernova SN 1987A , cea mai apropiată de Pământ observată de la inventarea telescopului. Pentru prima dată, a fost înregistrat un flux de neutrini dintr-o erupție. Izbucnirea a fost studiată intens cu ajutorul sateliților astronomici în intervalele ultraviolete, raze X și gamma. Rămășița supernovei a fost explorată cu ALMA , Hubble și Chandra . Nici o stea neutronică, nici o gaură neagră , care, potrivit unor modele, ar trebui să se afle la locul focarului, nu au fost încă descoperite.
Pe 22 ianuarie 2014, supernova SN 2014J a explodat în galaxia M82 , situată în constelația Ursa Major . Galaxy M82 este situată la o distanță de 12 milioane de ani lumină de galaxia noastră și are o magnitudine stelară aparentă de puțin sub 9. Această supernova a fost cea mai apropiată de Pământ din 1987 (SN 1987A).
În aprilie 2018, oamenii de știință britanici de la Universitatea din Southampton a Societății Regale Britanice de Astronomie la conferința EWASS ( Săptămâna Europeană a Astronomiei și Cercetării Spațiale) au fost anunțate date [15] cu privire la posibila descoperire a unui nou, încă neexplorat, al treilea tip de supernove în cursul observațiilor lor. În timpul acestor observații, în cadrul programului Dark Energy Survey Supernova Program (DES-SN), au fost înregistrate 72 de erupții pe termen scurt cu temperaturi de la 10 la 30 mii ° C și dimensiuni de la câteva unități la câteva sute de UA. e. Principala caracteristică a acestor evenimente cosmice este durata lor relativ scurtă - doar câteva săptămâni și nu câteva luni ca în supernovele obișnuite. [16]
supernova | Data focarului | Constelaţie | Max. strălucire | Distanța ( ani ) |
Tip flash |
Durata vizibilității _ _ |
Rest | Note |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
SN 185 | 185 , 7 decembrie | Centaurus | −8 | 9100 | In absenta? | 8-20 luni | G315.4-2.3 (RCW 86) [17] | Cronici chinezești: observate lângă Alpha Centauri. |
SN 369 | 369 | necunoscut | necunoscut _ |
necunoscut _ |
necunoscut _ |
5 luni | necunoscut | Cronici chinezești: situația este foarte puțin cunoscută. Dacă era în apropierea ecuatorului galactic, este foarte probabil să fi fost o supernovă; dacă nu, cel mai probabil a fost o nouă lentă. |
SN 386 | 386 | Săgetător | +1,5 | 16 000 | II? | 2-4 luni | G11.2-0.3 | cronici chineze |
SN 393 | 393 | Scorpion | 0 | 34 000 | necunoscut _ |
8 luni | mai multi candidati | cronici chineze |
SN 1006 | 1006 1 mai | Lup | −7,5 | 7200 | In absenta | 18 luni | SNR 1006 | Călugări elvețieni, oameni de știință arabi și astronomi chinezi. |
SN 1054 | 1054 4 iulie | Taurul | −6 | 6300 | II | 21 de luni | nebuloasa crabului | în Orientul Apropiat și Îndepărtat (nu apare în textele europene, în afară de vagi aluzii din cronicile monahale irlandeze). |
SN 1181 | 1181 , august | Casiopea | −1 | 8500 | necunoscut _ |
6 luni | Posibil 3C58 (G130.7+3.1) | lucrările lui Alexandre Nekem , profesor la Universitatea din Paris, și texte chineze și japoneze. |
SN 1572 | 1572 6 noiembrie | Casiopea | −4 | 7500 | In absenta | 16 luni | Rămășița supernovei Tycho | Acest eveniment este înregistrat în multe surse europene, inclusiv în înregistrările tânărului Tycho Brahe . Adevărat, el a observat steaua care arde abia pe 11 noiembrie , dar a urmărit-o timp de un an și jumătate și a scris cartea „De Nova Stella” („Pe o stea nouă”) - prima lucrare astronomică pe această temă. |
SN 1604 | 1604 9 octombrie | Ophiuchus | −2,5 | 20000 | In absenta | 18 luni | Rămășița de supernova a lui Kepler | Din 17 octombrie, Johannes Kepler a început să-l studieze , care și-a subliniat observațiile într-o carte separată. |
SN 1680 | 1680 august 16 | Casiopea | +6 | 10000 | IIb [18] | necunoscut (nu mai mult de o săptămână) |
Rămășița supernovei Cassiopeia A | posibil văzut de Flamsteed și catalogat ca 3 Cassiopeiae . |
![]() | ||||
---|---|---|---|---|
|
stele variabile | |
---|---|
Eruptiv | |
Pulsând | |
rotind | |
Cataclismic | |
eclipsarea binarelor | |
Liste | |
Categorie: Stele variabile |
Găuri negre | |||||
---|---|---|---|---|---|
Tipuri | |||||
Dimensiuni | |||||
Educaţie | |||||
Proprietăți | |||||
Modele |
| ||||
teorii |
| ||||
Soluții exacte în relativitatea generală |
| ||||
subiecte asemănătoare |
| ||||
Categorie:Gauri negre |