Egy szupernóva-csillag születése, 2. rész. Változócsillagok. Szupernóva-keresés és megfigyelések
Szupernóvák
Szupernóvák- csillagok, amelyek katasztrofális robbanásszerű folyamatban fejezik be evolúciójukat.
A „szupernóva” kifejezést olyan csillagok leírására használták, amelyek sokkal (nagyságrendekkel) erősebben lobbantak fel, mint az úgynevezett „nóvák”. Valójában sem az egyik, sem a másik nem új, a létező csillagok mindig fellángolnak. De több történelmi esetben azok a csillagok lobbantak fel, amelyek korábban gyakorlatilag vagy teljesen láthatatlanok voltak az égen, ami egy új csillag megjelenésének hatását keltette. A szupernóva típusát a hidrogénvonalak jelenléte határozza meg a fáklyás spektrumban. Ha ott van, akkor II. típusú szupernóváról van szó, ha nincs, akkor I. típusú szupernóváról van szó.
A szupernóvák fizikája
típusú szupernóvák
A modern elképzelések szerint a termonukleáris fúzió idővel a csillag belső régióinak összetételének nehéz elemekkel való gazdagodásához vezet. A termonukleáris fúzió és a nehéz elemek képződése során a csillag összehúzódik, középpontjában a hőmérséklet emelkedik. (A gravitációs nem degenerált anyag negatív hőkapacitásának hatása.) Ha a csillag magjának tömege kellően nagy (1,2-1,5 naptömeg), akkor a termonukleáris fúzió folyamata a vas és a vas képződésével éri el logikus következtetését. nikkel magok. A szilíciumhéj belsejében vasmag kezd kialakulni. Egy ilyen mag egy napon belül megnövekszik, és kevesebb, mint 1 másodperc alatt összeomlik, amint eléri a Chandrasekhar határt. A mag esetében ez a határ 1,2-1,5 naptömeg. Az anyag beleesik a csillagba, és az elektronok taszítása nem tudja megállítani a zuhanást. A központi mag egyre jobban összenyomódik, és egy ponton a nyomás hatására neutronizációs reakciók kezdenek lejátszódni benne - a protonok elkezdik elnyelni az elektronokat, neutronokká alakulva. Ez gyors energiaveszteséget okoz, amelyet a keletkező neutrínók magukkal visznek (úgynevezett neutrínóhűtés). Az anyag tovább gyorsul, zuhan és összenyomódik, amíg az atommag nukleonjai (protonok, neutronok) közötti taszítás meg nem kezd hatni. Szigorúan véve a kompresszió ezen a határon túl is megtörténik: a lehulló anyag tehetetlensége miatt 50%-kal meghaladja a nukleonok rugalmassága miatti egyensúlyi pontot („maximális összenyomódás”). A központi mag összeomlásának folyamata olyan gyors, hogy ritkulási hullám képződik körülötte. Ezután a magot követve a héj is a csillag közepébe rohan. Ezt követően „az összenyomott gumigolyó visszaadja”, és a lökéshullám 30-50 ezer km/s sebességgel lép ki a csillag külső rétegeibe. A csillag külső részei minden irányba elrepülnek, és egy kompakt neutroncsillag vagy fekete lyuk marad a felrobbant terület közepén. Ezt a jelenséget II típusú szupernóva-robbanásnak nevezik. Ezek a robbanások teljesítményükben és egyéb paramétereikben különböznek, mivel különböző tömegű és különböző csillagok kémiai összetétel. Bizonyíték van arra, hogy egy II-es típusú szupernóva-robbanás során nem sokkal több energia szabadul fel, mint egy I-es típusú robbanáskor, mert az energia arányos részét a héj elnyeli, de ez nem mindig így van.
A leírt forgatókönyvben számos félreértés van. Csillagászati megfigyelések kimutatták, hogy a hatalmas csillagok valójában felrobbannak, ennek eredményeként táguló ködök keletkeznek, így a központban egy gyorsan forgó neutroncsillag marad, amely szabályos rádióhullám-impulzusokat (pulzár) bocsát ki. De az elmélet azt mutatja, hogy a kifelé irányuló lökéshullámnak az atomokat nukleonokra (protonokra, neutronokra) kell felosztania. Erre energiát kell fordítani, aminek következtében a lökéshullámnak ki kell aludnia. De ez valamiért nem történik meg: a lökéshullám néhány másodperc alatt eléri a mag felszínét, majd a csillag felszínét, és elfújja az anyagot. Különböző tömegekre vonatkozóan számos hipotézist mérlegelnek, de ezek nem tűnnek meggyőzőnek. Talán a „maximális összenyomottság” állapotában vagy egy lökéshullám és a folyamatosan lehulló anyag kölcsönhatása során néhány alapvetően új és számunkra ismeretlen dolog lép életbe. fizikai törvények. Ráadásul egy szupernóva-robbanás során a formációval fekete lyuk a következő kérdések merülnek fel: miért nem nyeli el teljesen a fekete lyuk az anyagot a robbanás után; van-e kifelé irányuló lökéshullám, és miért nem lassul le, és van-e valami hasonló a „maximális kompresszióhoz”?
Ia típusú szupernóvák
Az Ia típusú szupernóvák (SN Ia) robbanásának mechanizmusa némileg másképp néz ki. Ez egy úgynevezett termonukleáris szupernóva, amelynek robbanási mechanizmusa a csillag sűrű szén-oxigén magjában zajló termonukleáris fúzió folyamatán alapul. Az SN Ia ősei fehér törpék, tömegük közel van a Chandrasekhar határértékhez. Általánosan elfogadott, hogy ilyen csillagok létrejöhetnek a kettős csillagrendszer második összetevőjéből származó anyagáramlással. Ez akkor fordul elő, ha a rendszer második csillaga túllép a Roche-lebenyén, vagy a szuperintenzív csillagszellel rendelkező csillagok osztályába tartozik. Ahogy a fehér törpe tömege növekszik, sűrűsége és hőmérséklete fokozatosan növekszik. Végül, amikor a hőmérséklet eléri a 3×10 8 K körüli értéket, a szén-oxigén keverék termonukleáris meggyulladásának feltételei vannak. Az égési front elkezd terjedni a középpontból a külső rétegek felé, és égéstermékeket - vascsoport-magokat hagy maga után. Az égési front terjedése lassú deflagrációs üzemmódban történik, és instabil ahhoz különféle típusok zavarok. Legmagasabb érték Rayleigh-Taylor instabilitása van, ami az archimédeszi erőnek a könnyű és kevésbé sűrű égéstermékekre gyakorolt hatása miatt keletkezik, összehasonlítva a sűrű szén-oxigén héjjal. Intenzív, nagy léptékű konvektív folyamatok indulnak meg, amelyek a termonukleáris reakciók még nagyobb felerősödéséhez és a szupernóva-héj kilökődéséhez szükséges energia felszabadulásához (~10 51 erg) vezetnek. Növekszik az égési front sebessége, lehetséges a láng turbulizálása és lökéshullám kialakulása a csillag külső rétegeiben.
Más típusú szupernóvák
Léteznek még az SN Ib és az Ic, amelyek előfutárai kettős rendszerekben lévő hatalmas csillagok, szemben az SN II-vel, amelynek előfutárai egyes csillagok.
Szupernóva elmélet
Még nincs teljes elmélet a szupernóvákról. Minden javasolt modell egyszerűsített, és szabad paraméterekkel rendelkezik, amelyeket be kell állítani a kívánt robbanáskép eléréséhez. Jelenleg lehetetlen mindent figyelembe venni a numerikus modellekben. fizikai folyamatok, amelyek a csillagokban fordulnak elő, és fontosak a fellángolás kialakulásához. Szintén nincs teljes elmélet a csillagfejlődésről.
Vegye figyelembe, hogy a híres szupernóva, az SN 1987A elődje, amely a II. típusú szuperóriásnak minősül, kék szuperóriás, nem pedig vörös, ahogyan azt az 1987 előtti SN II modellekben feltételezték. Valószínű az is, hogy maradványa nem tartalmaz kompakt objektumot, például neutroncsillagot vagy fekete lyukat, amint az a megfigyelésekből látható.
A szupernóvák helye az Univerzumban
Számos tanulmány szerint az Univerzum születése után csak könnyű anyagokkal - hidrogénnel és héliummal - volt tele. Minden más kémiai elem csak a csillagok égése során keletkezhetett. Ez azt jelenti, hogy bolygónk (és te és én) az őskori csillagok mélyén keletkezett és egykor szupernóva-robbanások során kilökődő anyagból áll.
A tudósok számításai szerint minden II. típusú szupernóva körülbelül 0,0001 naptömegnyi aktív alumíniumizotópot (26Al) állít elő. Ennek az izotópnak a bomlása kemény sugárzást hoz létre, amelyet sokáig megfigyeltek, és intenzitásából kiszámították, hogy ennek az izotópnak a tartalma a Galaxisban három naptömegnél kisebb. Ez azt jelenti, hogy a II. típusú szupernóváknak évszázadonként átlagosan kétszer kell felrobbanniuk a Galaxisban, amit nem figyelnek meg. Valószínűleg benne elmúlt évszázadok sok ilyen robbanás észrevétlen maradt (a kozmikus porfelhők mögött történt). Ezért a legtöbb szupernóvát más galaxisokban figyelik meg. A teleszkópokhoz csatlakoztatott automata kamerák segítségével az égbolt mélyreható felmérései révén a csillagászok évente több mint 300 fáklyát fedezhetnek fel. Mindenesetre itt az ideje, hogy egy szupernóva felrobbanjon...
A tudósok egyik hipotézise szerint a szupernóva-robbanás eredményeként létrejövő kozmikus porfelhő körülbelül két-három milliárd évig kitarthat az űrben!
Szupernóva megfigyelések
A szupernóvák jelölésére a csillagászok a következő rendszert használják: először az SN betűket írják le (a latin szóból). S feljebb N ova), majd a felfedezés éve, majd latin betűkkel - a szupernóva sorozatszáma az évben. Például, SN 1997cj egy felfedezett szupernóvát jelöl 26 * 3 ( c) + 10 (j) = 88. 1997-ben.
A leghíresebb szupernóvák
- Supernova SN 1604 (Kepler Supernova)
- Szupernova G1.9+0.3 (galaxisunk legfiatalabb)
Történelmi szupernóvák galaxisunkban (megfigyelve)
| Szupernóva | Kitörés dátuma | Csillagkép | Max. ragyog | Távolság (st. év) | Vaku típusa | A láthatóság időtartama | Maradék | Megjegyzések |
| SN 185 | , december 7 | Centaurus | -8 | 3000 | Ia? | 8-20 hónap | G315.4-2.3 (RCW 86) | Kínai feljegyzések: Alpha Centauri közelében figyelték meg. |
| SN 369 | ismeretlen | ismeretlen | ismeretlen | ismeretlen | 5 hónap | ismeretlen | Kínai krónikák: a helyzet nagyon kevéssé ismert. Ha a galaktikus egyenlítő közelében volt, akkor nagyon valószínű, hogy szupernóváról van szó, ha nem, akkor nagy valószínűséggel lassú nóváról van szó. | |
| SN 386 | Nyilas | +1.5 | 16,000 | II? | 2-4 hónap | |||
| SN 393 | Skorpió | 0 | 34000 | ismeretlen | 8 hónap | több jelölt | Kínai krónikák | |
| SN 1006 | , május 1 | Farkas | -7,5 | 7200 | Ia | 18 hónap | SNR 1006 | Svájci szerzetesek, arab tudósok és kínai csillagászok. |
| SN 1054 | , július 4 | Bika | -6 | 6300 | II | 21 hónap | Rák-köd | a középső és Távol-Kelet(az ír szerzetesi krónikák homályos utalásaitól eltekintve nem jelenik meg az európai szövegekben). |
| SN 1181 | , augusztus | Cassiopeia | -1 | 8500 | ismeretlen | 6 hónap | Esetleg 3C58 (G130.7+3.1) | Alexandre Nequem Párizsi Egyetem professzorának művei, kínai és japán szövegek. |
| SN 1572 | , november 6 | Cassiopeia | -4 | 7500 | Ia | 16 hónap | Szupernóva maradvány Tycho | Ezt az eseményt számos európai forrás feljegyzi, többek között a fiatal Tycho Brahe feljegyzései is. Igaz, a fellángoló csillagot csak november 11-én vette észre, de egész másfél évig követte, és megírta a „De Nova Stella” („Az új csillagról”) című könyvet - az első csillagászati munkát ebben a témában. |
| SN 1604 | , október 9 | Ophiuchus | -2.5 | 20000 | Ia | 18 hónap | Kepler szupernóva-maradvány | Október 17-től Johannes Kepler kezdte tanulmányozni, aki megfigyeléseit külön könyvben vázolta. |
| SN 1680 | , augusztus 16 | Cassiopeia | +6 | 10000 | IIb | ismeretlen (legfeljebb egy hét) | Szupernóva-maradvány Cassiopeia A | Flamsteed észrevette, katalógusában a csillagot 3 Cas. |
Lásd még
Linkek
- Pskovsky Yu P. Novák és szupernóvák- könyv a novákról és szupernóvákról.
- Tsvetkov D. Yu. Szupernóvák- a szupernóvák modern áttekintése.
- Alekszej Levin Űrbombák- cikk a "Popular Mechanics" magazinban
- Az összes megfigyelt szupernóva-robbanás listája – List of Supernovae, IAU
- Diákok az űrkutatásért és -fejlesztésért – szupernóvák
Megjegyzések
Wikimédia Alapítvány.
- 2010.
- Szupernóvák
Szupernóvák
Nézze meg, mik a „szupernóvák” más szótárakban: SZUPERNOVA CSILLAGOK
Nagy enciklopédikus szótár Szupernóvák - hirtelen fellobbanó csillagok, melyek sugárzási ereje fellobbanás közben (1040 erg/s-tól és afelettitől) sok ezerszer nagyobb, mint egy nóvafáklyé. A szupernóva-robbanásokat a gravitációs összeomlás okozza. Robbanás esetén a központi rész...
Nagy enciklopédikus szótár Csillagászati szótár - hirtelen fellángoló, úgynevezett eruptív csillagok, amelyek sugárzási ereje meghaladja az egyes galaxisok sugárzási teljesítményét (akár több százmilliárd csillag). A gravitációs összeomlás (kompresszió) következtében robbanás (villanás) következik be ...
A modern természettudomány kezdetei SZUPERNOVA CSILLAGOK - csillagokat, fáklyákat (robbanásokat) teljes energiafelszabadulás = 1051 erg kísér. Az összes többi csillagkitörés például lényegesen kevesebb energiát bocsát ki. kitörése során az ún új csillagok 1046 ergig. S. z. főben két típusra oszthatók (I. és II.). Innen…
Fizikai enciklopédia Szupernóvák - Szupernóvák SUPERNOVA STARS, olyan csillagok, amelyek hirtelen (néhány napon belül) több százmilliószorosára növelik fényerejüket. Az ilyen fellángolás a csillag középső régióinak összenyomódása miatt következik be gravitációs erők és kisülés hatására (... ...
Illusztrált enciklopédikus szótár Szupernóvák
Fizikai enciklopédia- csillagok, amelyek katasztrofális robbanásszerű folyamatban fejezik be evolúciójukat. A „szupernóva” kifejezést olyan csillagok leírására használták, amelyek sokkal (nagyságrendekkel) erősebben lobbantak fel, mint az úgynevezett „nóvák”. Tulajdonképpen fizikailag sem az egyik, sem a másik nem új... Wikipédia
szupernóvák- hirtelen fellobbanó csillagok, amelyek sugárzási ereje a fellobbanás során (1040 erg/s-tól és afelett) sok ezerszer nagyobb, mint a nóva fellángolás ereje. A szupernóva robbanását a gravitációs összeomlás okozza álnév A robbanás közben... ... Enciklopédiai szótár
CSILLAGOK- forró világító égitestek, mint a Nap. A csillagok mérete, hőmérséklete és fényessége változó. A Nap sok tekintetben tipikus csillag, bár sokkal fényesebbnek és nagyobbnak tűnik, mint az összes többi csillag, mivel sokkal közelebb helyezkedik el a... ... Collier enciklopédiája
A modern természettudomány kezdetei- SUPERNOVE STARS, olyan csillagok, amelyek hirtelen (néhány napon belül) több százmilliószorosára növelik fényerejüket. Az ilyen fellángolás a csillag középső régióinak összenyomódása miatt következik be gravitációs és kilökési erők hatására (körülbelül 2... ... Modern enciklopédia Bővebben
Elég ritka, hogy az emberek ezt látják érdekes jelenség mint egy szupernóva. De ez nem egy átlagos csillagszületés, mert évente akár tíz csillag is születik galaxisunkban. A szupernóva olyan jelenség, amelyet százévenként csak egyszer lehet megfigyelni. A csillagok olyan fényesen és gyönyörűen halnak meg.
Ahhoz, hogy megértsük, miért történik szupernóva-robbanás, vissza kell mennünk a csillag születéséhez. A hidrogén az űrben repül, ami fokozatosan felhőkké gyűlik össze. Amikor a felhő elég nagy, a tömörített hidrogén elkezd felhalmozódni a közepén, és a hőmérséklet fokozatosan emelkedik. A gravitáció hatására a mag összeáll jövő sztárja, ahol a megnövekedett hőmérséklet és a növekvő gravitáció hatására a termonukleáris fúziós reakció megindul. Az, hogy egy csillag mennyi hidrogént képes magához vonzani, meghatározza jövőbeli méretét – a vörös törpétől a kék óriásig. Idővel kialakul a csillag munkájának egyensúlya, a külső rétegek nyomást gyakorolnak a magra, a mag pedig a termonukleáris fúzió energiája miatt kitágul.
A csillag egyedülálló, és mint minden reaktorban, egyszer kifogy belőle az üzemanyag - a hidrogén. De ahhoz, hogy lássuk, hogyan robban fel egy szupernóva, még egy kis időnek kell eltelnie, mert a reaktorban a hidrogén helyett egy másik tüzelőanyag (hélium) keletkezett, amit a csillag elkezd elégetni, oxigénné, majd pedig szén. És ez addig fog folytatódni, amíg a csillag magjában vas keletkezik, amely egy termonukleáris reakció során nem bocsát ki energiát, hanem elfogy. Ilyen körülmények között szupernóva-robbanás következhet be.
A mag nehezebbé és hidegebbé válik, amitől a könnyebb felső rétegek ráesnek. A fúzió újra beindul, de ezúttal a szokásosnál gyorsabban, aminek következtében a csillag egyszerűen felrobban, szétszórva anyagát a környező térbe. Az ismertektől függően ezek is maradhatnak utána - (hihetetlenül nagy sűrűségű anyag, ami nagyon nagy és képes fényt kibocsátani). Az ilyen képződmények nagyon után maradnak nagy sztárok, amelyek termonukleáris fúziót tudtak előállítani nagyon nehéz elemekhez. A kisebb csillagok neutron- vagy vascsillagokat hagynak maguk után, amelyek szinte nem bocsátanak ki fényt, de anyagsűrűsége is nagy.
A novák és a szupernóvák szorosan összefüggenek, mert egyikük halála egy új születését is jelentheti. Ez a folyamat a végtelenségig tart. Egy szupernóva több millió tonna anyagot visz a környező térbe, amely ismét felhőkké gyűlik össze, és megkezdődik egy új égitest kialakulása. A tudósok azt állítják, hogy a Naprendszerünkben található összes nehéz elemet „ellopta” a Nap, amikor megszületett egy egyszer felrobbant csillagból. A természet csodálatos, és egy dolog halála mindig valami új születését jelenti. Az anyag szétesik a világűrben, és a csillagokban képződik, megteremtve az Univerzum nagy egyensúlyát.
Minden reggel, amikor belép az irodájába, és bekapcsolja a számítógépet, Paolo Mazzali egy kozmikus katasztrófa hírében reménykedik. Egy sovány, ápolt szakállú olasz a München melletti Garchingban működő német Max Planck Asztrofizikai Intézet munkatársa. És egy szupernóva-vadász. Haldokló csillagokra vadászik az űrben, és megpróbálja megfejteni vakító kínjuk titkait. A csillagok robbanása az egyik legambiciózusabb kozmikus jelenség. És a fő hajtóerő a világok születésének és halálának ciklusa az Univerzumban. A robbanásaikból származó lökéshullámok körökként terjednek az űrben a vízen. Óriási szálakká tömörítik a csillagközi gázt, és lendületet adnak új bolygók és csillagok kialakulásához. És még a földi életet is befolyásolják. „Szinte minden minket és világunkat alkotó elem szupernóva-robbanásokból származik” – mondja Mazzali.
A RÁK-KÖD |
Hihetetlen, de igaz: a kalcium a csontjainkban és a vas a vérsejtjeinkben, a szilícium a számítógépchipeinkben és az ezüst az ékszereinkben – mindez a kozmikus robbanások olvasztótégelyéből származik. Ezeknek az elemeknek az atomjait a csillaghőben hegesztették össze, majd egy erős széllökéssel a csillagközi térbe dobták őket. Maga az ember és minden körülötte nem más, mint csillagpor.
Hogyan működnek ezek az űrben működő atomkemencék? Melyik sztár vet véget életének robbanással? És mi szolgál a detonátoraként? Ezek az alapvető kérdések már régóta foglalkoztatják a tudósokat. A csillagászati műszerek egyre pontosabbak, a számítógépes modellező programok egyre kifinomultabbak. Ezért azért utóbbi években a kutatóknak sikerült megfejteni a szupernóvák sok titkát. És elképesztő részleteket árul el arról, hogyan él és hal egy sztár.
Egy ilyen tudományos áttörés a megfigyelt objektumok számának növekedése miatt vált lehetővé. Korábban a csillagászok csak a szerencsének köszönhetően észlelték egy haldokló csillag fényes villanását az űrben, amely elhomályosította az egész galaxis fényét. Ma már automatizált teleszkópok szisztematikusan figyelik a csillagos eget. A számítógépes programok hasonlítsa össze a több hónapos időközönként készült képeket. És jelzik új világító pontok megjelenését az égen, vagy a már ismert csillagok ragyogásának felerősödését.
Amatőr csillagászok egész serege is van. Különösen sok van belőlük az északi féltekén. Még a kis teljesítményű teleszkópok segítségével is gyakran képesek megörökíteni a haldokló csillagok fényes villanásait. 2010-ben amatőrök és profik összesen 339 szupernóvát figyeltek meg. 2007-ben pedig 573 „felügyelt” volt. Az egyetlen probléma az, hogy mindegyik más galaxisban található, messze a Tejútrendszeren túl. Ez megnehezíti a részletes tanulmányozásukat.
Amint egy új, szokatlan tulajdonságokkal rendelkező fényes tárgyat fedeznek fel az űrben, a felfedezés híre azonnal elterjed az interneten. Ez történt a 2008D szupernóva esetében. A betűszóban a "D" azt jelzi, hogy ez a negyedik szupernóva, amelyet 2008-ban fedeztek fel.
A hír, miszerint január 9-én amerikai csillagászok egy csoportja szupererős röntgensugárzást észlelt az űrben, Paolo Mazzalit találta Tokióban, ahol előadásokat tartott. „Amikor ezt megtudtuk – mondja –, azonnal félretettünk mindent, és három hónapig ennek a tárgynak a tanulmányozására koncentráltunk.”
A nap folyamán Mazzali telefonos kapcsolatban állt chilei kollégáival, és koordinálta a kozmikus tűzijátékok megfigyelését az egyik ott felszerelt szuperteleszkóp segítségével. Éjszaka pedig európai tudósokkal tanácskozott. A mai napig örömmel emlékszik vissza erre a kemény munkára és álmatlan éjszakákra. Aztán a csillagászoknak ritka lehetőségük volt követni egy csillag felrobbanásának folyamatát szinte az elejétől a végéig. Egy haldokló csillagot általában csak néhány nappal a haláltusa kezdete után rögzítenek teleszkópok.
Erőteljes lendület a fejlődéshez modern kutatás a szupernóvák az évszázad csillagászati szenzációjává váltak. 1987-ben történt. De Hans-Thomas Janka, Mazzali munkatársa az Asztrofizikai Intézetben mindenre úgy emlékszik, mintha tegnap lett volna. Február 25-én minden dolgozó ünnepelte az intézetvezető születésnapját. Yanka éppen megvédte a diplomáját, és éppen témát választott a doktori disszertációjához. Az ünnep kellős közepén derült égből villámcsapásként ütött a hír az SN 1987A kód alatti szupernóva felfedezéséről. "Ez okozta igazi szenzáció"- mondja. A dolgozat témájával kapcsolatos probléma azonnal megoldódott.
Mi olyan különleges benne? A hozzánk legközelebbi galaxisban - a Nagy Magellán-felhőben - fedezték fel, mindössze 160 ezer fényévnyi távolságra a Földtől. Kozmikus mércével mérve – csak egy kőhajításnyira.
És még egy érdekes egybeesés. Ennek a csillagnak a nagy gyötrelme 160 ezer évvel ezelőtt kezdődött, amikor Kelet-Afrika szavannáin megjelent egy egyedülálló főemlősfaj, a Homo sapiens.
Míg a villanó fénye elérte a Földet, az embereknek sikerült benépesíteni a bolygót, feltalálni a kereket, létrehozni a mezőgazdaságot és az ipart, tanulmányozni a fizika összetett törvényeit és megépíteni az erős távcsöveket. Éppen időben a Magellán-felhő fényjelének rögzítéséhez és elemzéséhez.
Janka 1987 óta dolgozik egy számítógépes modellen, amelynek meg kell magyaráznia a sztár halálának belső dinamikáját. Most lehetősége nyílik virtuális rekonstrukcióinak ellenőrzésére valós tények. Mindez az SN 1987A csillag robbanásának megfigyelései során gyűjtött adatoknak köszönhető. Továbbra is a történelem legtöbbet tanulmányozott szupernóva.
 |
A Nap tömegének nyolcszorosánál nagyobb csillagok előbb-utóbb „összeesnek” saját súlyuk alatt és felrobbannak |
ROBBANÁSVESZÉLY |
 |
A szupernóva-robbanások az anyag körforgásának mozgatórugói. "galaktikus szökőkutakat" lövellnek ki, amelyekből új csillagok keletkeznek. |
 |
1. Szupernóva-robbanások |
ROBBANÁSVESZÉLY |
Kisugárzásának elemzése alapján többek között arra a következtetésre jutottak, hogy a szupernóváknak két fő típusa van. Az 1a típusú szupernóvák robbanásához szükséges energiát a Hold méretű, Napunk tömegével egyenlő tömegű kis csillagok sűrű szén-oxigén magjában végbemenő gyors termonukleáris fúzió biztosítja. Fáklyáik ideális anyag az Univerzum felgyorsult tágulásának hatásának vizsgálatához, amelynek felfedezését 2011-ben fizikai Nobel-díjjal jutalmazták.
A második típus az összeomló maggal rendelkező szupernóvák. Esetükben a robbanásveszélyes energia forrása a gravitációs erő, amely egy legalább nyolc naptömegű csillag anyagát összenyomja és „összeomlását” idézi elő. Az ilyen típusú robbanásokat háromszor gyakrabban rögzítik. És ők teremtik meg a feltételeket az ilyen nehéz kialakulásához kémiai elemek, mint az ezüst és a kadmium.
A Supernova SN 1987A a második típusba tartozik. Ezt már a kozmikus zűrzavart okozó csillag méretéből is láthatjuk. 20-szor nehezebb volt, mint a Nap. És végigment az ebbe a súlykategóriába tartozó világítótestekre jellemző fejlődésen.
Egy csillag hideg, vékony csillagközi gázfelhőként kezdi életét. Saját gravitációja hatására összehúzódik, és fokozatosan labda alakot ölt. Eleinte főként hidrogénből áll, az első kémiai elemből, amely röviddel az Ősrobbanás után jelent meg, amely a világegyetemünket elindította. A csillag életének következő szakaszában a hidrogénmagok egyesülnek, és héliumot képeznek. A magfúzió során hatalmas mennyiségű energia szabadul fel, amitől a csillag világít. A „sokszorosodott” héliumból egyre összetettebb elemek szintetizálódnak - először szén, majd oxigén. Ugyanakkor a csillag hőmérséklete megemelkedik, lángjában nehezebb atomok keletkeznek. A vas lezárja a termonukleáris fúzió láncát. Amikor a vasmagok egyesülnek más elemek magjaival, az energia már nem szabadul fel, hanem éppen ellenkezőleg, elhasználódik. Ebben a szakaszban bármely csillag evolúciója leáll.
Ekkor már réteges hagyma jellegű szerkezetet képvisel. Minden réteg megfelel a fejlődés egy bizonyos szakaszának. Kívül hidrogénhéj, alatta hélium, szén, oxigén és szilícium rétegek találhatók. A közepén pedig egy sűrített, gáznemű vasból álló mag található, több milliárd fokra felmelegítve. Olyan szorosan össze van nyomva, hogy egy ilyen anyagból készült kockakocka tízezer tonnát nyomna.
„Mostantól a katasztrófa elkerülhetetlen” – mondja Janka. Előbb-utóbb a növekvő vasmagban lévő nyomás már nem tudja visszatartani saját gravitációjának nyomását. És a másodperc töredéke alatt „összeomlik”. A Nap tömegét meghaladó anyag mindössze 20 kilométer átmérőjű golyóvá préselődik. Az atommag belsejében a gravitáció hatására a negatív töltésű elektronok pozitív töltésű protonokká „préselődnek”, és neutronokat képeznek. A magból egy neutroncsillag képződik - az úgynevezett „egzotikus anyag” sűrű alvadéka.
„A neutroncsillag nem tud tovább összehúzódni” – magyarázza Janka. "A héja áthatolhatatlan fallá változik, amelyről a felső rétegekből a középponthoz vonzódó anyag lepattan le." A belső robbanás fordított lökéshullámot okoz, amely az összes rétegen keresztül rohan kifelé. Ugyanakkor az ügy szörnyen forróvá válik. A mag közelében a hőmérséklete eléri az 50 milliárd fokot a Kelvin-skála szerint. Amikor a lökéshullám eléri a csillag héját, egy felforrósodott gázszökőkút tör ki az űrbe vészterhes sebességgel - másodpercenként több mint 40 ezer kilométeres sebességgel. És ugyanakkor fényt bocsát ki. A csillag fényesen villog. Ezt a villanást látják a csillagászok a teleszkópokon keresztül, több ezer vagy akár több millió évvel később, amikor a fény eléri a Földet.
Amint azt a fizika összes törvényének figyelembevételével programozott számítógépes modellek mutatják, a neutroncsillag körüli pokol tüzében összetett termonukleáris reakciók mennek végbe. A könnyű elemek, például az oxigén és a szilícium „kiégnek” olyan nehéz elemekké, mint a vas és a nikkel, a titán és a kalcium.
Sokáig azt hitték, hogy a legnehezebb kémiai elemek - arany, ólom és urán - ebben a kataklizmában születtek. Hans-Thomas Janki és munkatársai legújabb számításai azonban megrendítették ezt az elméletet. A szimuláció kimutatta, hogy a szupernóvából kiáramló „részecskék szele” nem elég ahhoz, hogy szabad neutronokat „préseljen” az atomok repülő magjaiba, hogy egyre nehezebb agglomerátumokat hozzon létre.
De akkor honnan származnak a nehéz elemek? A szupernóva-robbanások után visszamaradt neutroncsillagok ütközésekor születnek – véli Janka. Ez a forró anyag kolosszális kilökődéséhez vezet az űrbe. Ráadásul a modellezés során kapott nehéz elemek gyakorisági eloszlása ebben az anyagban egybeesik a valós paraméterekkel naprendszer. Így a szupernóvák elvesztették monopóliumukat a kozmikus anyag létrehozására. De minden velük kezdődik.
A szupernóva robbanása pillanatában, majd amikor táguló köddé alakul át, lenyűgöző látvány. De az a paradoxon, hogy a fizika mércéje szerint ez a grandiózus kozmikus tűzijáték, bár látványos, csak egy mellékhatás. Egy csillag gravitációs összeomlása során egy másodperc alatt több energia szabadul fel, mint amennyit az Univerzum összes csillaga „normál üzemmódban” bocsát ki: körülbelül 10 46 joule. „De ennek az energiának a 99 százaléka nem fényvillanás révén szabadul fel, hanem láthatatlan neutrínó részecskék formájában” – mondja Janka. Tíz másodperc alatt ezekből az ultrakönnyű részecskékből óriási mennyiség képződik a csillag vasmagjában - 10 oktodecill, azaz 10 az 58. hatványhoz.
1987. február 23-án tudományos szenzáció dördült: három érzékelő Japánban, az Egyesült Államokban és a Szovjetunióban két tucat neutrínót rögzített az 1987A szupernóva-robbanásból. „Ezelőtt a gravitációs összeomlásból eredő neutroncsillagok, majd a neutrínók formájában történő energiafelszabadulás gondolata tiszta hipotézis volt” – mondja Janka. – És végül beigazolódott. De eddig ez az egyetlen rögzített neutrínójel egy felrobbanó csillagtól. Rendkívül nehéz kimutatni ezeknek a részecskéknek a nyomait, mert alig lépnek kölcsönhatásba az anyaggal. Később, amikor ezt a jelenséget elemezték, az asztrofizikusoknak meg kellett elégedniük a számítógépes modellezéssel. És nagyon előre is jutottak. Kiderült például, hogy illékony neutrínók nélkül a kozmikus tűzijáték nem tud fellobbanni. A Yankee első számítógépes modelljeiben a hatalmas csillagok robbanási hullámának virtuális eleje nem érte el a felszínt, hanem az első 100 kilométer után „elhalványult”, minden kezdeti energiát elvesztegetve.
A kutatók rájöttek, hogy kihagytak néhány fontos tényezőt. Végül is a valóságban a csillagok felrobbannak. „Aztán elkezdtük keresni azt a mechanizmust, amely egy szupernóva másodlagos detonációját okozza” – mondja Janka. Sok évbe telt a „szupernova-probléma” megoldása. Ennek eredményeként sikerült pontosan szimulálni a robbanás másodpercének első töredékeiben lezajló folyamatokat. És megtalálja a megoldást.
Yanka egy rövid animációs videót mutat a számítógépén. Először egy tökéletesen kerek vörös folt jelenik meg a képernyőn - a szupernóva közepe. 40 ezredmásodperc után ez a golyó egyre jobban deformálódni kezd. A lökéshullám eleje egyik vagy másik irányba hajlik. Pulzál és ringat. Úgy tűnik, mintha a csillag gázhéja megduzzadna. További 600 ezredmásodperc után felrobban. Robbanás történik.
A tudósok megjegyzik ezt a folyamatot: tölcsérek és buborékok keletkeznek a csillag forró rétegeiben, mint a kása felületén főzés közben. Ezenkívül a buborékoló anyag oda-vissza mozog a héj és a mag között. Ennek köszönhetően pedig tovább van kitéve a csillag beléből kiszabaduló nagyenergiájú neutrínóknak. Ezek adják az anyagnak a robbanáshoz szükséges impulzust.
Ironikus módon ezek a „semleges” részecskék, amelyek általában nyom nélkül haladnak át az anyagon, a szupernóva-robbanás detonátorai. A haldokló csillagok rejtélyét tanulmányozó tudósok költségei csillagászatiak, megfelelnek magának a jelenségnek a mértékéhez. A csillagmag összeomlásának első 0,6 másodpercében lezajló folyamatok modellezése három év folyamatos munkát igényelt. „A garchingi, stuttgarti és jülichi számítástechnikai központok összes rendelkezésre álló szuperszámítógépét teljes kapacitással használtuk” – mondja Janka.
A tudósok biztosak benne, hogy megéri. Hiszen nem csak grandiózus űrtűzijátékról beszélünk. A szupernóva-robbanások vezető szerepet játszanak az Univerzum evolúciójában. Hatalmas mennyiségű port lövellnek ki messzire a csillagközi térbe. A robbanás után a kezdetben a Nap tömegének tízszeresét meghaladó csillagból csak másfél naptömegű neutroncsillag marad. Az anyag nagy része szétszóródik a térben. Ez az erőteljes anyag- és energiahullám új csillagok kialakulásához vezet.
A szupernóva-robbanások néha olyan erejűek, hogy gázt lövellnek ki egy csillag héjából az „anyagalaxis” határain túl, és szétszórják a galaxisközi térben. Asztrofizikai számítógépes modellek azt mutatják, hogy ez a hatás még fontosabb a kozmikus evolúció szempontjából. Ha a gáz a galaxisokban maradna, sokkal több új csillag keletkezne bennük.
Az Univerzumban található csillagpor és nehézelem-részecskék mennyisége meghatározhatja, hogy milyen gyakran történnek szupernóva-robbanások. Minden másodpercben öt-tíz csillag robban fel valahol az űrben.
De a csillagászok különösen várják a szupernóvák megjelenését galaxisunkban. Egy csillag robbanásának „közelről” való megfigyelése még a legfejlettebb számítógépes modellekkel sem helyettesíthető. Előrejelzéseik szerint a következő 100 évben két öreg csillag robbanhat fel a környékünkön. Az eddigi utolsó szupernóva-robbanást a Tejútrendszeren belül, amely a Földről még szabad szemmel is látható volt, 1604-ben Johannes Kepler csillagász figyelte meg.
A csillagászok megfeszültek a várakozástól. „Hamarosan megismétlődik” – mondja Paolo Mazzali szupernóvavadász. A tudósok már azonosítottak néhányat a legvalószínűbb csillagjelöltek közül. Köztük van a vörös szuperóriás Betelgeuse az Orion bal felső sarkában, az éjszakai égbolton látható legszebb csillagkép. Ha ez a csillag naprendszerünk középpontjában lenne, akkor messze túlmutatna a Föld és a Mars pályáján.
Több millió éves fennállása után a Betelgeuse már elhasználta nukleáris üzemanyagának nagy részét, és bármelyik pillanatban felrobbanhat. A halál előtt az óriás ezerszer fényesebben lobban fel, mint ahogy élete során ragyogott. A csillagászok szerint félholdként vagy akár teliholdként fog ragyogni az égen. És ha szerencséd van, még nappal is látható a fénye.
SZUPERNOVA, robbanás, amely egy csillag halálát jelentette. Néha a szupernóva-robbanás fényesebb, mint a galaxis, amelyben történt.
A szupernóvákat két fő típusra osztják. Az I. típust az optikai spektrumban hiányzó hidrogén jellemzi; ezért úgy vélik, hogy ez egy fehér törpe robbanása - egy csillag, amelynek tömege közel van a Naphoz, de kisebb méretű és sűrűbb. A fehér törpe szinte egyáltalán nem tartalmaz hidrogént, mivel ez egy normál csillag evolúciójának végterméke. Az 1930-as években S. Chandrasekhar kimutatta, hogy a fehér törpe tömege nem haladhat meg egy bizonyos határt. Ha kettős rendszerben van egy normál csillaggal, akkor anyaga a fehér törpe felszínére áramolhat. Amikor tömege meghaladja a Chandrasekhar határértéket, a fehér törpe összeesik (összezsugorodik), felmelegszik és felrobban. Lásd még CSILLAGOK.
A II-es típusú szupernóva 1987. február 23-án tört ki szomszédos galaxisunkban, a Nagy Magellán-felhőben. Ian Shelton nevét kapta, aki elsőként vett észre egy szupernóva-robbanást távcső segítségével, majd szabad szemmel. (Az utolsó ilyen felfedezés Kepleré, aki 1604-ben, nem sokkal a távcső feltalálása előtt látott szupernóva-robbanást Galaxisunkban.) Az 1987-es optikai szupernóva-robbanással egyidőben speciális detektorok Japánban és az Egyesült Államokban. Ohio (USA) neutrínóáramot észlelt elemi részecskék, született nagyon magas hőmérsékletek a csillag magjának összeomlása során, és könnyen áthatol a burkon. Bár a neutrínóáramot körülbelül 150 ezer évvel ezelőtt egy csillag bocsátotta ki egy optikai fáklyával, a fotonokkal szinte egyidőben érte el a Földet, bizonyítva ezzel, hogy a neutrínóknak nincs tömegük, és fénysebességgel mozognak. Ezek a megfigyelések azt a feltételezést is megerősítették, hogy az összeomló csillagmag tömegének körülbelül 10%-a neutrínó formájában bocsátódik ki, amikor maga a mag neutroncsillaggá omlik össze. A nagyon nagy tömegű csillagokban a szupernóva-robbanás során a magok még nagyobb sűrűségűre sűrítődnek, és valószínűleg fekete lyukakká alakulnak, de a csillag külső rétegei még mindig lehullanak. Cm. Is FEKETE LYUK.
Galaxisunkban a Rák-köd egy szupernóva-robbanás maradványa, amelyet kínai tudósok figyeltek meg 1054-ben. A híres csillagász, T. Brahe is megfigyelt egy szupernóvát, amely 1572-ben tört ki galaxisunkban. Bár Shelton szupernóva volt az első közelben felfedezett szupernóva a Kepler óta, az elmúlt 100 évben több száz szupernóvát láttak más, távolabbi galaxisokban a teleszkópok.
Szén, oxigén, vas és nehezebb elemek találhatók a szupernóva-robbanás maradványaiban. Következésképpen ezek a robbanások fontos szerepet játszanak a nukleoszintézisben, a kémiai elemek képződésének folyamatában. Elképzelhető, hogy 5 milliárd évvel ezelőtt a Naprendszer megszületését is megelőzte egy szupernóva-robbanás, melynek következtében számos, a Nap és bolygók részévé vált elem keletkezett. NUKLEOSZINTÉZIS.
Néhány évszázaddal ezelőtt a csillagászok észrevették, hogy a galaxis egyes csillagainak fényessége hirtelen több mint ezerszeresére nőtt. A tudósok szupernóva születésének nevezték azt a ritka jelenséget, amely a kozmikus objektumok fényének többszörös növekedését jelenti. Ez bizonyos értelemben kozmikus ostobaság, mert ebben a pillanatban egy csillag nem születik, hanem megszűnik létezni.
Vaku szupernóva- ez tulajdonképpen egy csillag robbanása, amihez kolosszális mennyiségű energia szabadul fel ~10 50 erg. A szupernóva fényessége, amely bárhol láthatóvá válik az Univerzumban, néhány nap alatt növekszik. Ebben az esetben másodpercenként annyi a felszabaduló energiamennyiség, amennyit a Nap teljes létezése alatt képes előállítani.
Szupernóva-robbanás a kozmikus objektumok evolúciójának következménye
A csillagászok ezt a jelenséget olyan evolúciós folyamatokkal magyarázzák, amelyek évmilliók óta minden kozmikus objektumnál előfordulnak. A szupernóva folyamatának elképzeléséhez meg kell értened egy csillag szerkezetét. (kép lent).
A csillag egy hatalmas objektum, melynek tömege hatalmas, és ezért ugyanolyan gravitációja van. A csillagnak van egy kis magja, amelyet egy külső gázburok vesz körül, amely a csillag tömegének nagy részét alkotja. Gravitációs erők nyomja meg a héjat és a magot, olyan erővel összenyomva azokat, hogy a gázhéj felforrósodjon, és kitágulva belülről nyomódni kezd, kompenzálva a gravitációs erőt. A két erő paritása határozza meg a csillag stabilitását.
Hatalmas hőmérséklet hatására a magban termonukleáris reakció indul meg, melynek során a hidrogén héliummá alakul. Még több hő szabadul fel, melynek kisugárzása a csillag belsejében megnő, de a gravitáció továbbra is visszafogja. És ekkor kezdődik az igazi kozmikus alkímia: kimerülnek a hidrogéntartalékok, a hélium kezd szénné, a szén oxigénné, az oxigén magnéziummá... Így egy termonukleáris reakció révén egyre nehezebb elemek szintézise megy végbe.
A vas megjelenéséig minden reakció hőfelszabadulással megy végbe, de amint a vas elkezd degenerálódni az azt követő elemekké, az exoterm reakció endotermvé válik, vagyis megszűnik a hő felszabadulása és elkezd elfogyni. A gravitációs erők és a hősugárzás egyensúlya megbomlik, a mag több ezerszer összenyomódik, és a héj minden külső rétege a csillag közepe felé rohan. Fénysebességgel a magba ütközve visszapattannak, egymásnak ütközve. A külső rétegek robbanása következik be, és a csillagot alkotó anyag másodpercenként több ezer kilométeres sebességgel repül el.
A folyamatot olyan fényes villanás kíséri, hogy még szabad szemmel is látható, ha egy közeli galaxisban kigyullad egy szupernóva. Aztán a ragyogás halványulni kezd, és a robbanás helyén a...És mi marad a szupernóva-robbanás után? Az események alakulására több lehetőség is kínálkozik: egyrészt a szupernóva-maradvány egy neutronmag lehet, amelyet a tudósok neutroncsillagnak neveznek, másrészt egy fekete lyuk, harmadrészt pedig egy gázköd.