Rođenje zvijezde supernove, dio 2. Promjenjive zvijezde. Supernova Search and Observations
Supernove
Supernove- zvijezde završavaju svoju evoluciju u katastrofalnom eksplozivnom procesu.
Izraz "supernove" korišten je za opisivanje zvijezda koje su planule mnogo (po redovima veličine) snažnije od takozvanih "nove". U stvari, ni jedna ni druga nisu fizički nove postojeće zvijezde. No, u nekoliko povijesnih slučajeva planule su one zvijezde koje su ranije bile praktički ili potpuno nevidljive na nebu, što je stvorilo efekat pojave nove zvijezde. Tip supernove je određen prisustvom vodoničnih linija u spektru baklje. Ako je tu, onda je supernova tipa II, ako nije, onda je supernova tipa I.
Fizika supernova
Supernove tipa II
Prema modernim konceptima, termonuklearna fuzija s vremenom dovodi do obogaćivanja sastava unutrašnjih područja zvijezde teškim elementima. Tokom procesa termonuklearne fuzije i formiranja teških elemenata, zvijezda se skuplja, a temperatura u njenom centru raste. (Efekat negativnog toplotnog kapaciteta gravitirajuće nedegenerisane materije.) Ako je masa jezgra zvezde dovoljno velika (od 1,2 do 1,5 solarne mase), tada proces termonuklearne fuzije dolazi do svog logičnog završetka formiranjem gvožđa i jezgra nikla. Gvozdeno jezgro počinje da se formira unutar silikonske ljuske. Takvo jezgro raste u roku od jednog dana i kolabira za manje od 1 sekunde, čim dostigne Chandrasekhar granicu. Za jezgro ova granica je od 1,2 do 1,5 solarne mase. Materija pada u zvijezdu, a odbijanje elektrona ne može zaustaviti pad. Centralno jezgro se sve više sabija, a u nekom trenutku zbog pritiska u njemu počinju da se odvijaju reakcije neutronizacije - protoni počinju da apsorbuju elektrone, pretvarajući se u neutrone. To uzrokuje brz gubitak energije koju nose nastali neutrini (tzv. hlađenje neutrina). Supstanca nastavlja da se ubrzava, pada i sabija sve dok odbijanje između nukleona atomskog jezgra (protona, neutrona) ne počne djelovati. Strogo govoreći, kompresija se dešava čak i iznad ove granice: padajuća materija, po inerciji, premašuje tačku ravnoteže zbog elastičnosti nukleona za 50% („maksimalna kompresija“). Proces kolapsa centralnog jezgra je toliko brz da se oko njega formira talas razrjeđivanja. Zatim, prateći jezgro, školjka također juri ka centru zvijezde. Nakon toga, „komprimirana gumena lopta se vraća“, a udarni val izlazi u vanjske slojeve zvijezde brzinom od 30.000 do 50.000 km/s. Spoljašnji dijelovi zvijezde odlijeću u svim smjerovima, a kompaktna neutronska zvijezda ili crna rupa ostaje u središtu eksplodiranog područja. Ovaj fenomen se naziva eksplozija supernove tipa II. Ove eksplozije se razlikuju po snazi i drugim parametrima, jer zvijezde različite mase i različite hemijski sastav. Postoje dokazi da se tokom eksplozije supernove tipa II ne oslobađa mnogo više energije nego tokom eksplozije tipa I, jer proporcionalni dio energije apsorbira školjka, ali to možda nije uvijek slučaj.
Postoji niz nejasnoća u opisanom scenariju. Astronomska zapažanja su pokazala da masivne zvijezde zapravo eksplodiraju, što rezultira formiranjem maglina koje se šire, ostavljajući brzo rotirajuću neutronsku zvijezdu u centru, emitirajući pravilne impulse radio valova (pulsar). Ali teorija pokazuje da bi vanjski udarni val trebao podijeliti atome na nukleone (protone, neutrone). Na to se mora potrošiti energija, zbog čega se udarni val mora ugasiti. Ali iz nekog razloga se to ne događa: udarni val za nekoliko sekundi dosegne površinu jezgre, zatim površinu zvijezde i odnese materiju. Razmatra se nekoliko hipoteza za različite mase, ali one ne izgledaju uvjerljivo. Možda, u stanju "maksimalne kompresije" ili tokom interakcije udarnog vala sa materijom koja nastavlja da pada, na snagu stupaju neke fundamentalno nove i nepoznate fizički zakoni. Osim toga, tokom eksplozije supernove sa formacijom crna rupa postavljaju se sljedeća pitanja: zašto materija nakon eksplozije nije potpuno apsorbirana u crnu rupu; postoji li vanjski udarni val i zašto nije usporen i postoji li nešto analogno "maksimalnoj kompresiji"?
Supernove tipa Ia
Mehanizam eksplozija supernove tipa Ia (SN Ia) izgleda nešto drugačije. Ovo je takozvana termonuklearna supernova, čiji je mehanizam eksplozije zasnovan na procesu termonuklearne fuzije u gustom ugljenično-kiseoničnom jezgru zvezde. Progenitori SN Ia su bijeli patuljci s masama blizu Chandrasekhar granice. Općenito je prihvaćeno da se takve zvijezde mogu formirati protokom materije iz druge komponente binarnog sistema zvijezda. To se dešava ako druga zvijezda u sistemu ide dalje od svog Rocheovog režnja ili pripada klasi zvijezda sa super-intenzivnim zvjezdanim vjetrom. Kako se masa bijelog patuljka povećava, njegova gustina i temperatura postepeno rastu. Konačno, kada temperatura dostigne oko 3×10 8 K, nastaju uslovi za termonuklearno paljenje mešavine ugljenika i kiseonika. Front sagorijevanja počinje se širiti od središta prema vanjskim slojevima, ostavljajući za sobom produkte izgaranja - jezgre željezne grupe. Širenje fronta sagorevanja odvija se u režimu spore deflagracije i nestabilno je na razne vrste smetnje. Najviša vrijednost ima Rayleigh-Taylorovu nestabilnost, koja nastaje djelovanjem Arhimedove sile na lagane i manje guste produkte sagorijevanja, u odnosu na gustu ljusku ugljik-kiseonik. Počinju intenzivni konvektivni procesi velikih razmjera koji dovode do još većeg intenziviranja termonuklearnih reakcija i oslobađanja energije potrebne za izbacivanje ljuske supernove (~10 51 erg). Povećava se brzina fronta izgaranja, moguća je turbulizacija plamena i stvaranje udarnog vala u vanjskim slojevima zvijezde.
Druge vrste supernova
Tu su i SN Ib i Ic, čiji su prethodnici masivne zvijezde u binarnim sistemima, za razliku od SN II, čiji su prethodnici pojedinačne zvijezde.
Teorija supernove
Još ne postoji potpuna teorija supernova. Svi predloženi modeli su pojednostavljeni i imaju slobodne parametre koji se moraju podesiti da bi se dobila potrebna slika eksplozije. Trenutno je nemoguće sve uzeti u obzir u numeričkim modelima. fizički procesi, koji se javljaju u zvijezdama i važni su za razvoj baklji. Također ne postoji potpuna teorija evolucije zvijezda.
Imajte na umu da je prethodnik čuvene supernove SN 1987A, klasifikovane kao superdžin tipa II, plavi superdžin, a ne crveni, kao što se pretpostavljalo pre 1987. u modelima SN II. Također je vjerovatno da njen ostatak ne sadrži kompaktan objekt poput neutronske zvijezde ili crne rupe, kao što se može vidjeti iz posmatranja.
Mjesto supernove u svemiru
Prema brojnim istraživanjima, nakon rođenja Univerzuma, on je bio ispunjen samo lakim materijama - vodonikom i helijumom. Svi ostali hemijski elementi mogu nastati samo tokom sagorevanja zvezda. To znači da se naša planeta (i vi i ja) sastoji od materije koja je nastala u dubinama praistorijskih zvijezda i jednom izbačena u eksplozijama supernove.
Prema proračunima naučnika, svaka supernova tipa II proizvodi oko 0,0001 solarne mase aktivnog izotopa aluminijuma (26Al). Raspadom ovog izotopa nastaje tvrdo zračenje, koje je dugo uočeno, a iz njegovog intenziteta je izračunato da je sadržaj ovog izotopa u Galaksiji manji od tri solarne mase. To znači da bi supernove tipa II trebalo da eksplodiraju u Galaksiji u proseku dva puta u veku, što se ne primećuje. Vjerovatno u prošlih vekova mnoge takve eksplozije nisu primećene (koje su se dešavale iza oblaka kosmičke prašine). Stoga se većina supernova uočava u drugim galaksijama. Duboki pregledi neba pomoću automatskih kamera povezanih s teleskopima sada omogućavaju astronomima da otkriju više od 300 baklji godišnje. U svakom slučaju, krajnje je vrijeme da supernova eksplodira...
Prema jednoj od hipoteza naučnika, kosmički oblak prašine nastao eksplozijom supernove može trajati u svemiru oko dvije ili tri milijarde godina!
Opservacije supernove
Za označavanje supernova, astronomi koriste sljedeći sistem: prvo se pišu slova SN (iz latinskog S uper N ova), zatim godina otkrića, a zatim latiničnim slovima - redni broj supernove u godini. na primjer, SN 1997cj označava otkrivenu supernovu 26 * 3 ( c) + 10 (j) = 88. u 1997.
Najpoznatije supernove
- Supernova SN 1604 (Kepler Supernova)
- Supernova G1.9+0.3 (najmlađa u našoj galaksiji)
Istorijske supernove u našoj galaksiji (opaženo)
| Supernova | Datum izbijanja | Constellation | Max. sjaj | Udaljenost (st. godina) | Tip blica | Trajanje vidljivosti | Ostatak | Bilješke |
| SN 185 | , 7. decembar | Centaurus | -8 | 3000 | Ia? | 8 - 20 mjeseci | G315.4-2.3 (RCW 86) | Kineski zapisi: primijećeno u blizini Alpha Centauri. |
| SN 369 | nepoznato | nepoznato | nepoznato | nepoznato | 5 mjeseci | nepoznato | Kineske hronike: situacija je vrlo slabo poznata. Ako je bila blizu galaktičkog ekvatora, vrlo je vjerovatno da je supernova, ako nije, najvjerovatnije je bila spora nova. | |
| SN 386 | Strijelac | +1.5 | 16,000 | II? | 2-4 mjeseca | |||
| SN 393 | Škorpion | 0 | 34000 | nepoznato | 8 mjeseci | nekoliko kandidata | Kineske hronike | |
| SN 1006 | , 1. maj | Vuk | -7,5 | 7200 | Ia | 18 mjeseci | SNR 1006 | Švicarski monasi, arapski naučnici i kineski astronomi. |
| SN 1054 | , 4. jul | Bik | -6 | 6300 | II | 21 mjesec | Rakova maglina | u sredini i Daleki istok(ne pojavljuje se u evropskim tekstovima, osim nejasnih nagoveštaja u irskim monaškim hronikama). |
| SN 1181 | , avgust | Kasiopeja | -1 | 8500 | nepoznato | 6 mjeseci | Moguće 3C58 (G130.7+3.1) | radovi profesora Univerziteta u Parizu Alexandrea Nequema, kineski i japanski tekstovi. |
| SN 1572 | , 6. novembar | Kasiopeja | -4 | 7500 | Ia | 16 mjeseci | Ostatak supernove Tycho | Ovaj događaj je zabilježen u mnogim evropskim izvorima, uključujući i zapise mladog Tycha Brahea. Istina, blještavu zvijezdu je primijetio tek 11. novembra, ali ju je pratio čitavu godinu i po dana i napisao knjigu “De Nova Stella” (“O novoj zvijezdi”) - prvi astronomski rad na ovu temu. |
| SN 1604 | , 9. oktobar | Ophiuchus | -2.5 | 20000 | Ia | 18 mjeseci | Ostatak Keplerove supernove | Od 17. oktobra počeo je proučavati Johannes Kepler, koji je svoja zapažanja iznio u posebnoj knjizi. |
| SN 1680 | , 16. avgust | Kasiopeja | +6 | 10000 | IIb | nepoznato (ne više od nedelju dana) | Ostatak supernove Kasiopeja A | primijetio Flamsteed, naveo je zvijezdu u svom katalogu kao 3 Cas. |
Vidi također
Linkovi
- Pskovsky Yu P. Nove i supernove- knjiga o novim i supernovama.
- Tsvetkov D. Yu. Supernove- moderan pregled supernova.
- Alexey Levin Svemirske bombe- članak u časopisu "Popularna mehanika"
- Spisak svih uočenih eksplozija supernova - Lista supernova, IAU
- Studenti za istraživanje i razvoj svemira - Supernove
Bilješke
Wikimedia Foundation.
- 2010.
- Supernove
Supernove
Pogledajte šta su "Supernove" u drugim rječnicima: SUPERNOVA STARS
Veliki enciklopedijski rječnik Supernove - iznenadno blještave zvijezde, čija je snaga zračenja tokom baklje (od 1040 erg/s i više) više hiljada puta veća od snage nove baklje. Eksplozije supernove uzrokovane su gravitacijskim kolapsom. U slučaju eksplozije, centralni dio...
Veliki enciklopedijski rječnik Astronomski rječnik - iznenadno plamteće, takozvane eruptivne zvijezde, čija snaga zračenja premašuje snagu zračenja pojedinačne galaksije (brojeći do stotine milijardi zvijezda). Eksplozija (bljesak) nastaje kao rezultat gravitacionog kolapsa (kompresije) ...
Počeci moderne prirodne nauke SUPERNOVA STARS - zvijezde, baklje (eksplozije) su praćene ukupnim oslobađanjem energije = 1051 erg. Sve druge zvjezdane baklje oslobađaju znatno manje energije, na primjer. tokom izbijanja tzv nove zvijezde do 1046 erg. S. z. u glavnom dijele se na dva tipa (I i II). Od…
Fizička enciklopedija Supernove - Supernove SUPERNOVA ZVEZDE, zvezde koje iznenada (u roku od nekoliko dana) povećaju svoju svetlost stotine miliona puta. Takva baklja nastaje zbog kompresije centralnih područja zvijezde pod utjecajem gravitacijskih sila i pražnjenja (sa ... ...
Ilustrovani enciklopedijski rječnik Supernove
Fizička enciklopedija- zvijezde završavaju svoju evoluciju u katastrofalnom eksplozivnom procesu. Termin "supernove" korišten je za opisivanje zvijezda koje su planule mnogo (po redovima veličine) snažnije od takozvanih "nove". Zapravo, ni jedno ni drugo nije fizički novo... Wikipedia
supernove- iznenadno blještave zvijezde, čija je snaga zračenja tokom baklje (od 1040 erg/s i više) više hiljada puta veća od snage nove baklje. Eksplozija supernove uzrokovana je pseudonimom gravitacionog kolapsa Tokom eksplozije ... ... Encyclopedic Dictionary
ZVIJEZDE- vrela svetleća nebeska tela poput Sunca. Zvijezde se razlikuju po veličini, temperaturi i sjaju. U mnogo čemu, Sunce je tipična zvezda, iako deluje mnogo sjajnije i veće od svih drugih zvezda, budući da se nalazi mnogo bliže... Collier's Encyclopedia
Počeci moderne prirodne nauke- ZVEZDE SUPERNOVE, zvezde koje naglo (u roku od nekoliko dana) povećaju svoj sjaj za stotine miliona puta. Takva baklja nastaje zbog kompresije središnjih područja zvijezde pod utjecajem gravitacijskih sila i sila izbacivanja (brzinom od oko 2 ... ... Moderna enciklopedija Pročitajte više
Prilično je retko da ljudi ovo vide zanimljiv fenomen kao supernova. Ali ovo nije obično rođenje zvijezde, jer se u našoj galaksiji svake godine rađa do deset zvijezda. Supernova je fenomen koji se može posmatrati samo jednom u stotinu godina. Zvijezde umiru tako sjajno i lijepo.
Da bismo razumjeli zašto dolazi do eksplozije supernove, moramo se vratiti na samo rođenje zvijezde. Vodonik leti svemirom, koji se postepeno skuplja u oblake. Kada je oblak dovoljno velik, kondenzirani vodonik počinje da se akumulira u njegovom središtu, a temperatura postepeno raste. Pod uticajem gravitacije, jezgro se sklapa buduca zvezda, gdje zbog povišene temperature i sve veće gravitacije počinje da se odvija reakcija termonuklearne fuzije. Koliko vodika zvijezda može privući k sebi određuje njenu buduću veličinu - od crvenog patuljka do plavog diva. Vremenom se uspostavlja ravnoteža rada zvijezde, vanjski slojevi vrše pritisak na jezgro, a jezgro se širi zbog energije termonuklearne fuzije.
Zvijezda je jedinstvena i, kao i svaki reaktor, jednog dana će ostati bez goriva - vodonika. Ali da bismo vidjeli kako supernova eksplodira, mora proći još malo vremena, jer je u reaktoru umjesto vodonika nastalo drugo gorivo (helijum) koje će zvijezda početi sagorijevati, pretvarajući ga u kisik, a zatim u ugljenik. I to će se nastaviti sve dok se u jezgru zvijezde ne formira željezo, koje tokom termonuklearne reakcije ne oslobađa energiju, već je troši. U takvim uslovima može doći do eksplozije supernove.
Jezgro postaje teže i hladnije, što uzrokuje da lakši gornji slojevi padaju na njega. Fuzija počinje ponovo, ali ovaj put brže nego inače, usled čega zvezda jednostavno eksplodira, raspršujući svoju materiju u okolni prostor. U zavisnosti od poznatih mogu ostati i nakon nje - (supstanca sa neverovatno velikom gustinom, koja je veoma visoka i može da emituje svetlost). Takve formacije ostaju nakon vrlo velike zvezde, koji su bili u stanju da proizvedu termonuklearnu fuziju do veoma teških elemenata. Manje zvijezde za sobom ostavljaju neutronske ili željezne male zvijezde, koje gotovo da ne emituju svjetlost, ali imaju i veliku gustinu materije.
Nove i supernove su blisko povezane, jer smrt jedne od njih može značiti rođenje nove. Ovaj proces se nastavlja beskonačno. Supernova nosi milione tona materije u okolni prostor, koja se ponovo skuplja u oblake i počinje formiranje novog nebeskog tela. Naučnici tvrde da je sve teške elemente koji se nalaze u našem Sunčevom sistemu "ukralo" Sunce tokom svog rođenja sa zvijezde koja je jednom eksplodirala. Priroda je nevjerovatna, a smrt jedne stvari uvijek znači rođenje nečeg novog. Materija se raspada u svemiru i formira se u zvijezde, stvarajući veliku ravnotežu Univerzuma.
Svakog jutra, ulazeći u svoju kancelariju i palivši kompjuter, Paolo Mazzali se nada vijestima o kosmičkoj katastrofi. Mršavi Italijan s njegovanom bradom zaposleni je njemačkog Instituta za astrofiziku Max Planck u Garchingu kod Minhena. I lovac na supernove. On lovi umiruće zvijezde u svemiru, pokušavajući otkriti tajne njihove zasljepljujuće agonije. Eksplozije zvijezda su jedan od najambicioznijih kosmičkih fenomena. I glavni pokretačka snaga ciklus rađanja i smrti svetova u Univerzumu. Udarni talasi od njihovih eksplozija širili su se prostorom poput krugova na vodi. Oni komprimiraju međuzvjezdani plin u džinovske filamente i daju poticaj formiranju novih planeta i zvijezda. I čak utiču na život na Zemlji. “Gotovo svi elementi koji čine nas i naš svijet proizašli su iz eksplozija supernove,” kaže Mazzali.
MAGLINA RAKOVA |
Nevjerovatno, ali istinito: kalcijum u našim kostima i gvožđe u našim krvnim ćelijama, silicijum u našim kompjuterskim čipovima i srebro u našem nakitu - sve je to nastalo u loncu kosmičkih eksplozija. U zvjezdanoj vrućini atomi ovih elemenata su zavareni zajedno, a zatim su snažnim naletom bačeni u međuzvjezdani prostor. I sam čovjek i sve oko njega nisu ništa drugo do zvjezdana prašina.
Kako rade ove svemirske nuklearne peći? Koje zvijezde završavaju svoje živote eksplozijom? A šta mu služi kao detonator? Ova fundamentalna pitanja zabrinjavaju naučnike dugo vremena. Astronomski instrumenti postaju sve precizniji, programi za kompjutersko modeliranje sve sofisticiraniji. Zato za poslednjih godina istraživači su uspjeli otkriti mnoge tajne supernova. I otkrijte nevjerovatne detalje o tome kako zvijezda živi i umire.
Takav naučni iskorak postao je moguć zahvaljujući povećanju broja posmatranih objekata. Ranije su astronomi samo srećom mogli primijetiti sjajan bljesak umiruće zvijezde u svemiru, koji je pomračio svjetlost cijele galaksije. Sada automatizirani teleskopi sistematski prate zvjezdano nebo. A kompjuterski programi uporedite slike snimljene u intervalima od nekoliko mjeseci. I signaliziraju pojavu novih svjetlećih tačaka na nebu ili pojačanje sjaja već poznatih zvijezda.
Postoji i čitava armija astronoma amatera. Posebno ih je mnogo na sjevernoj hemisferi. Čak i uz pomoć teleskopa male snage, često su u stanju da snime sjajne bljeskove umirućih zvijezda. U 2010. godini, amateri i profesionalci su posmatrali ukupno 339 supernova. A 2007. godine bilo ih je čak 573 „nadgledanih“ Jedini problem je što se sve nalaze u drugim galaksijama, daleko iza Mliječnog puta. To ih čini teškim za detaljno proučavanje.
Čim se u svemiru otkrije novi svijetli objekt neuobičajenih karakteristika, vijest o otkriću odmah se proširi internetom. To se dogodilo u slučaju supernove 2008D. "D" u akronimu označava da je ovo četvrta supernova otkrivena 2008. godine.
Vijest da je 9. januara grupa američkih astronoma otkrila super-moćnu emisiju rendgenskih zraka u svemiru zatekla je Paola Mazzalija u Tokiju, gdje je držao predavanja. “Kada smo saznali za ovo”, kaže on, “odmah smo sve ostavili po strani i fokusirali se na proučavanje ovog objekta tri mjeseca.”
Tokom dana, Mazzali je bio u telefonskom kontaktu sa kolegama u Čileu, koordinirajući posmatranja kosmičkog vatrometa pomoću jednog od superteleskopa koji je tamo instaliran. A noću se konsultovao sa evropskim naučnicima. Do danas se sa oduševljenjem prisjeća ovog teškog rada i neprospavanih noći. Tada su astronomi imali rijetku priliku da prate proces eksplozije zvijezde gotovo od samog početka do kraja. Obično je umiruća zvijezda snimljena teleskopima samo nekoliko dana nakon početka njene smrtne muke.
Snažan podsticaj za razvoj savremena istraživanja supernove su postale astronomska senzacija veka. Desilo se to 1987. Ali Hans-Thomas Janka, Mazzalijev kolega na Institutu za astrofiziku, svega se sjeća kao da je bilo jučer. Svi zaposleni su 25. februara proslavili rođendan načelnika instituta. Yanka je upravo odbranio diplomu i birao je temu za svoju doktorsku disertaciju. Usred praznika kao grom iz vedra neba udarila je vijest o otkriću supernove pod šifrom SN 1987A. „Ovo je izazvalo prava senzacija“, kaže on. Problem sa temom za disertaciju je trenutno riješen.
Šta je tu tako posebno? Otkriven je u nama najbližoj galaksiji - Velikom Magelanovom oblaku, na udaljenosti od samo 160 hiljada svjetlosnih godina od Zemlje. Po kosmičkim standardima - na korak.
I još jedna zanimljiva koincidencija. Velika agonija ove zvijezde počela je prije 160 hiljada godina, kada se jedinstvena vrsta primata, Homo sapiens, pojavila u savanama istočne Afrike.
Dok je svjetlost njegovog bljeska stigla do Zemlje, ljudi su uspjeli da nasele planetu, izume točak, stvore poljoprivredu i industriju, proučavaju složene zakone fizike i konstruišu moćne teleskope. Taman na vrijeme da se uhvati i analizira svjetlosni signal iz Magelanovog oblaka.
Janka od 1987. radi na kompjuterskom modelu koji treba da objasni unutrašnju dinamiku procesa smrti zvezde. Sada ima priliku provjeriti svoje virtuelne rekonstrukcije stvarne činjenice. Sve zahvaljujući podacima prikupljenim tokom posmatranja eksplozije zvijezde SN 1987A. Ostaje najviše proučavana supernova u istoriji.
 |
Zvijezde koje su više od osam puta veće od mase našeg Sunca prije ili kasnije će se "srušiti" pod vlastitom težinom i eksplodirati |
EXPLOSIVE FINALE |
 |
Eksplozije supernove su pokretačka snaga ciklusa materije. Oni izbacuju "galaktičke fontane" gasa iz kojih se formiraju nove zvezde. |
 |
1. Eksplozije supernove |
EXPLOSIVE FINALE |
Na osnovu analize njenog zračenja, zaključeno je, između ostalog, da postoje dvije glavne vrste supernova. Energija za eksploziju supernove tipa 1a je obezbeđena brzim procesom termonuklearne fuzije u gustom ugljenično-kiseoničnom jezgru malih zvezda veličine Meseca, po masi jednake našem Suncu. Njihove baklje su idealan materijal za proučavanje efekta ubrzanog širenja svemira, za čije je otkriće 2011. godine dodijeljena Nobelova nagrada za fiziku.
Drugi tip su supernove sa jezgrom u kolapsu. U njihovom slučaju, izvor eksplozivne energije je sila gravitacije, koja sabija materiju zvijezde tešku najmanje osam solarnih masa i uzrokuje njeno "kolapsiranje". Eksplozije ovog tipa bilježe se tri puta češće. I upravo oni stvaraju uslove za formiranje takvih teških hemijski elementi, poput srebra i kadmijuma.
Supernova SN 1987A pripada drugoj vrsti. To se vidi već po veličini zvijezde - krivca kosmičkog meteža. Bio je 20 puta teži od Sunca. I prošla je kroz tipičnu evoluciju za svjetiljke ove težinske kategorije.
Zvezda počinje svoj život kao hladan, tanki oblak međuzvezdanog gasa. Skuplja se pod vlastitom gravitacijom i postepeno poprima oblik lopte. U početku se prvenstveno sastoji od vodonika, prvog hemijskog elementa koji se pojavio ubrzo nakon Velikog praska, kojim je započeo naš svemir. U sledećoj fazi života zvezde, jezgra vodonika se spajaju i formiraju helijum. Tokom ove nuklearne fuzije oslobađa se ogromna količina energije, zbog čega zvijezda svijetli. Iz "umnoženog" helijuma sintetiziraju se sve složeniji elementi - prvo ugljik, a zatim kisik. Istovremeno, temperatura zvijezde raste, a u njenom plamenu nastaju teži atomi. Gvožđe zatvara lanac termonuklearne fuzije. Kada se jezgra gvožđa spoje sa jezgrama drugih elemenata, energija se više ne oslobađa, već se, naprotiv, troši. U ovoj fazi evolucija bilo koje zvijezde prestaje.
Do tada već predstavlja slojevitu strukturu tipa luka. Svaki sloj odgovara određenoj fazi njegovog razvoja. Sa vanjske strane nalazi se vodonična školjka, a ispod su slojevi helijuma, ugljika, kisika i silicija. A u centru je jezgro koje se sastoji od komprimovanog gasovitog gvožđa, zagrijanog na nekoliko milijardi stepeni. Toliko je čvrsto sabijena da bi kocka napravljena od takvog materijala bila teška deset hiljada tona.
„Od sada je katastrofa neizbežna“, kaže Janka. Prije ili kasnije, pritisak u rastućem željeznom jezgru više ne može obuzdati pritisak vlastite gravitacije. I "sruši" se u djeliću sekunde. Materija koja prelazi masu Sunca sabijena je u kuglu prečnika samo 20 kilometara. Pod uticajem gravitacije unutar jezgra, negativno nabijeni elektroni se „utiskuju“ u pozitivno nabijene protone i formiraju neutrone. Neutronska zvijezda se formira iz jezgra - gustog ugruška takozvane "egzotične materije".
„Neutronska zvijezda više ne može dalje da se skuplja“, objašnjava Janka. “Njegova školjka se pretvara u neprobojni zid, od kojeg se tvar iz gornjih slojeva, privučena u centar, odbija.” Unutrašnja eksplozija uzrokuje obrnuti udarni val koji juri prema van kroz sve slojeve. Istovremeno, stvar postaje monstruozno vruća. U blizini jezgra, njegova temperatura dostiže 50 milijardi stepeni Kelvinove skale. Kada udarni val dosegne školjku zvijezde, fontana zagrijanog plina izbija u svemir vrtoglavom brzinom - preko 40 hiljada kilometara u sekundi. I istovremeno emituje svetlost. Zvezda blista. To je taj blic koji astronomi vide kroz teleskope, hiljadama ili čak milionima godina kasnije, kada svetlost stigne do Zemlje.
Kako pokazuju kompjuterski modeli programirani uzimajući u obzir sve zakone fizike, složene termonuklearne reakcije se dešavaju u paklenoj vatri oko neutronske zvijezde. Laki elementi kao što su kiseonik i silicijum "sagorevaju" u teške elemente kao što su gvožđe i nikl, titanijum i kalcijum.
Dugo se vjerovalo da su u ovoj kataklizmi rođeni najteži hemijski elementi - zlato, olovo i uranijum. Ali nedavni proračuni Hans-Thomasa Jankija i njegovih kolega uzdrmali su ovu teoriju. Simulacija je pokazala da snaga "vjetra čestica" koje emituje iz supernove nije dovoljna da "utisne" slobodne neutrone u leteća jezgra atoma kako bi stvorila sve teže aglomerate.
Ali odakle onda dolaze teški elementi? Rađaju se prilikom sudara neutronskih zvijezda koje su ostale nakon eksplozija supernova, smatra Janka. To dovodi do kolosalnog izbacivanja vruće materije u svemir. Štaviše, distribucija frekvencija teških elemenata u ovoj supstanci dobijena tokom modeliranja poklapa se sa stvarnim parametrima solarni sistem. Tako su supernove izgubile svoj monopol na stvaranje kosmičke materije. Ali sve počinje od njih.
U trenutku svoje eksplozije, a zatim dok se pretvara u maglicu koja se širi, supernova je očaravajući prizor. Ali paradoks je da je, po standardima fizike, ovaj grandiozni kosmički vatromet, iako spektakularan, samo nuspojava. Tokom gravitacionog kolapsa zvijezde, u jednoj sekundi se oslobodi više energije nego što sve zvijezde u Univerzumu emituju u "normalnom modu": oko 10 46 džula. “Ali 99 posto te energije se ne oslobađa kroz bljesak svjetlosti, već u obliku nevidljivih neutrina čestica”, kaže Janka. Za deset sekundi u gvozdenom jezgru zvezde formira se kolosalna količina ovih ultralakih čestica - 10 oktodeciliona, odnosno 10 na 58. stepen.
23. februara 1987. zagrmila je naučna senzacija: tri senzora u Japanu, SAD-u i SSSR-u snimila su dva tuceta neutrina iz eksplozije supernove 1987A. “Prije toga, ideja o neutronskim zvijezdama koje nastaju gravitacijskim kolapsom praćenim oslobađanjem energije u obliku neutrina bila je čista hipoteza”, kaže Janka. “I konačno je potvrđeno.” Ali do sada je ovo jedini zabilježeni neutrin signal od zvijezde koja eksplodira. Izuzetno je teško otkriti tragove ovih čestica jer one jedva stupaju u interakciju s materijom. Kasnije, kada su analizirali ovaj fenomen, astrofizičari su se morali zadovoljiti kompjuterskim modeliranjem. I oni su takođe otišli veoma daleko. Na primjer, pokazalo se da bez hlapljivih neutrina kosmički vatromet ne bi mogao buknuti. U prvim Yankeejevim kompjuterskim modelima, virtuelni front udarnog talasa masivnih zvezda nije stigao do površine, već je „izbledeo“ nakon prvih 100 kilometara, trošeći svu početnu energiju.
Istraživači su shvatili da su propustili neki važan faktor. Uostalom, u stvarnosti, zvijezde eksplodiraju. „Tada smo počeli da tražimo mehanizam koji izaziva sekundarnu detonaciju supernove“, kaže Janka. Bilo je potrebno mnogo godina da se riješi "problem supernove". Kao rezultat toga, bilo je moguće precizno simulirati procese koji se dešavaju u prvim dijelovima sekunde eksplozije. I pronađite rješenje.
Yanka pokazuje kratki animirani video na svom kompjuteru. Prvo, na ekranu se pojavljuje savršeno okrugla crvena tačka - centar supernove. Nakon 40 milisekundi, ova lopta počinje da se sve više deformiše. Prednji dio udarnog vala se savija u jednom ili drugom smjeru. Pulsira i ljulja se. Čini se kao da gasni omotač zvijezde nabubri. Nakon još 600 milisekundi puca. Dolazi do eksplozije.
Naučnici komentarišu ovaj proces: u vrelim slojevima zvezde nastaju levci i mehurići, kao na površini kaše tokom kuvanja. Osim toga, pjenušava supstanca se kreće naprijed-nazad između ljuske i jezgre. I zahvaljujući tome, duže je izložena visokoenergetskim neutrinima koji bježe iz utrobe zvijezde. Oni materiji daju impuls neophodan za eksploziju.
Ironično, upravo te "neutralne" čestice, koje obično prolaze kroz materiju bez traga, služe kao detonator eksplozije supernove. Troškovi naučnika koji proučavaju misteriju umirućih zvijezda su astronomski i odgovaraju skali samog fenomena. Samo modeliranje procesa koji se dešavaju u prvih 0,6 sekundi kolapsa zvjezdanog jezgra trajalo je tri godine neprekidnog rada. „U potpunosti smo iskoristili sve raspoložive superkompjutere u računarskim centrima u Garhingu, Štutgartu i Jülichu“, kaže Janka.
Vrijedi, naučnici su sigurni. Uostalom, ne govorimo samo o grandioznom svemirskom vatrometu. Eksplozije supernove igraju vodeću ulogu u evoluciji svemira. Oni izbacuju kolosalne količine prašine daleko u međuzvjezdani prostor. Nakon eksplozije, zvijezda koja je u početku imala deset puta veću masu od Sunca ostaje s neutronskom zvijezdom težine samo jednu i po sunčevu masu. Većina materije je rasuta kroz svemir. Ovaj moćni talas materije i energije dovodi do stvaranja novih zvijezda.
Ponekad eksplozije supernove postižu takvu snagu da izbacuju gas iz ljuske zvijezde izvan granica “majčinske” galaksije i raspršuju ga u međugalaktički prostor. Astrofizički kompjuterski modeli pokazuju da je ovaj efekat još važniji za kosmičku evoluciju. Ako bi plin ostao unutar galaksija, u njima bi se formiralo mnogo novih zvijezda.
Količina zvjezdane prašine i čestica teških elemenata u svemiru može odrediti koliko često dolazi do eksplozija supernove. Svake sekunde pet do deset zvijezda eksplodira negdje u svemiru.
Ali astronomi se posebno raduju pojavi supernova u našoj galaksiji. Posmatranje eksplozije zvijezde sa “bliske” udaljenosti ne može se zamijeniti ni najnaprednijim kompjuterskim modelom. Prema njihovim prognozama, dvije stare zvijezde trebale bi eksplodirati u našem susjedstvu u narednih 100 godina. Posljednju eksploziju supernove do danas unutar Mliječnog puta, vidljivu sa Zemlje čak i golim okom, 1604. godine primijetio je astronom Johannes Kepler.
Astronomi su se napeli u iščekivanju. "To će se ponoviti vrlo brzo", kaže lovac na supernove Paolo Mazzali. Naučnici su već identificirali neke od najvjerovatnijih kandidata za zvijezde. Među njima je i crveni superdžin Betelgeze u gornjem levom uglu Oriona, najlepše sazvežđe vidljivo na noćnom nebu. Da je ova zvijezda u centru našeg Sunčevog sistema, protezala bi se daleko izvan orbite Zemlje i Marsa.
Nakon miliona godina postojanja, Betelgeuse je već potrošio većinu svog nuklearnog goriva i mogao bi eksplodirati svakog trenutka. Pre smrti, div će buknuti hiljadama puta jače nego što je sijao tokom života. Na nebu će sijati poput polumjeseca, ili čak punog mjeseca, kažu astronomi. A ako imate sreće, njegov sjaj se može vidjeti čak i tokom dana.
SUPERNOVA, eksplozija koja je označila smrt jedne zvezde. Ponekad je eksplozija supernove svjetlija od galaksije u kojoj se dogodila.
Supernove se dijele na dva glavna tipa. Tip I karakteriše nedostatak vodonika u optičkom spektru; stoga se vjeruje da je riječ o eksploziji bijelog patuljka - zvijezde čija je masa bliska Suncu, ali manje veličine i gušće. Bijeli patuljak gotovo da ne sadrži vodonik, jer je krajnji proizvod evolucije normalne zvijezde. 1930-ih, S. Chandrasekhar je pokazao da masa bijelog patuljka ne može biti iznad određene granice. Ako je u binarnom sistemu sa normalnom zvijezdom, onda njegova materija može teći na površinu bijelog patuljka. Kada njegova masa prijeđe Chandrasekhar granicu, bijeli patuljak se urušava (smanjuje), zagrijava i eksplodira. Vidi također ZVIJEZDE.
Supernova tipa II eruptirala je 23. februara 1987. u našoj susjednoj galaksiji, Velikom Magelanovom oblaku. Dobila je ime Ian Shelton, koji je prvi primijetio eksploziju supernove pomoću teleskopa, a potom i golim okom. (Posljednje takvo otkriće pripada Kepleru, koji je vidio eksploziju supernove u našoj Galaksiji 1604. godine, neposredno prije pronalaska teleskopa.) Istovremeno s eksplozijom optičke supernove 1987., specijalni detektori u Japanu i Sjedinjenim Državama. Ohajo (SAD) registrovao je tok neutrina elementarne čestice, rođen u vrlo visoke temperature u procesu kolapsa jezgra zvezde i lako prodire kroz njen omotač. Iako je tok neutrina emitovala zvijezda zajedno s optičkom bakljom prije otprilike 150 hiljada godina, on je stigao do Zemlje gotovo istovremeno s fotonima, čime je dokazao da neutrini nemaju masu i da se kreću brzinom svjetlosti. Ova zapažanja su takođe potvrdila pretpostavku da se oko 10% mase zvezdanog jezgra u kolapsu emituje u obliku neutrina kada se samo jezgro sruši u neutronsku zvezdu. U veoma masivnim zvezdama, tokom eksplozije supernove, jezgra se sabijaju do još veće gustine i verovatno se pretvaraju u crne rupe, ali su spoljni slojevi zvezde i dalje odbačeni. Cm. Također BLACK HOLE.
U našoj galaksiji Rakova maglina je ostatak eksplozije supernove, koju su uočili kineski naučnici 1054. Čuveni astronom T. Brahe je takođe posmatrao supernovu koja je izbila u našoj galaksiji 1572. godine. Iako je Sheltonova supernova bila prva obližnja supernova otkrivena nakon Keplera, stotine supernova u drugim, udaljenijim galaksijama viđene su teleskopima u posljednjih 100 godina.
Ugljik, kisik, željezo i teži elementi mogu se naći u ostacima eksplozije supernove. Shodno tome, ove eksplozije igraju važnu ulogu u nukleosintezi, procesu formiranja hemijskih elemenata. Moguće je da je prije 5 milijardi godina rođenju Sunčevog sistema prethodila i eksplozija supernove, uslijed koje su nastali mnogi elementi koji su postali dio Sunca i planeta. NUKLEOSYNTEZA.
Pre nekoliko vekova, astronomi su primetili kako se sjaj nekih zvezda u galaksiji iznenada povećao za više od hiljadu puta. Naučnici su rijedak fenomen višestrukog povećanja sjaja kosmičkog objekta označili kao rođenje supernove. Ovo je na neki način kosmička glupost, jer se u ovom trenutku zvijezda ne rađa, već prestaje da postoji.
Flash supernova- ovo je, u stvari, eksplozija zvijezde, praćena oslobađanjem kolosalne količine energije ~10 50 erg. Sjaj supernove, koji postaje vidljiv bilo gde u svemiru, povećava se tokom nekoliko dana. U ovom slučaju, svake sekunde, količina oslobođene energije je ista količina energije koju Sunce može proizvesti tokom cijelog svog postojanja.
Eksplozija supernove kao posljedica evolucije kosmičkih objekata
Astronomi objašnjavaju ovaj fenomen evolucijskim procesima koji se dešavaju sa svim kosmičkim objektima milionima godina. Da biste zamislili proces supernove, morate razumjeti strukturu zvijezde. (slika ispod).
Zvijezda je ogroman objekt sa kolosalnom masom i, prema tome, istom gravitacijom. Zvijezda ima malo jezgro okruženo vanjskim omotačem plinova koji čine najveći dio mase zvijezde. Gravitacione sile pritisnite na školjku i jezgro, sabijajući ih takvom silom da se plinska školjka zagrije i, šireći se, počinje pritiskati iznutra, kompenzirajući silu gravitacije. Paritet dviju sila određuje stabilnost zvijezde.
Pod uticajem ogromnih temperatura, u jezgru počinje termonuklearna reakcija, pretvarajući vodonik u helijum. Oslobađa se još više topline, čije se zračenje povećava unutar zvijezde, ali je i dalje sputano gravitacijom. I tada počinje prava kosmička alhemija: rezerve vodonika se iscrpljuju, helijum počinje da se pretvara u ugljenik, ugljenik u kiseonik, kiseonik u magnezijum... Tako se termonuklearnom reakcijom dešava sinteza sve težih elemenata.
Do pojave gvožđa sve reakcije se odvijaju oslobađanjem toplote, ali čim se željezo počne degenerisati u elemente koji ga prate, reakcija iz egzotermne postaje endotermna, odnosno toplota se prestaje oslobađati i počinje da se troši. Ravnoteža gravitacionih sila i toplotnog zračenja je narušena, jezgro je komprimovano hiljadama puta, a svi spoljni slojevi ljuske jure ka centru zvezde. Udarajući se u jezgro brzinom svjetlosti, odbijaju se, sudarajući se jedni s drugima. Dolazi do eksplozije vanjskih slojeva, a materijal koji čini zvijezdu odleti brzinom od nekoliko hiljada kilometara u sekundi.
Proces je praćen tako jakim bljeskom da se čak i golim okom može vidjeti ako se supernova upali u obližnjoj galaksiji. Tada sjaj počinje da blijedi, a na mjestu eksplozije... A šta ostaje nakon eksplozije supernove? Postoji nekoliko opcija za razvoj događaja: prvo, ostatak supernove mogao bi biti jezgro neutrona, koje naučnici nazivaju neutronskom zvijezdom, drugo, crna rupa, i treće, gasna maglina.