O nascimento de uma estrela, supernova parte 2. Morte de uma estrela, explosão de supernova, supernova, ciclo cósmico de elementos químicos. Supernova tipo Ia

Ao observarem os restos de uma supernova que explodiu há seis anos, os astrónomos ficaram surpresos ao encontrar uma nova estrela no local da explosão, iluminando uma nuvem de material que a rodeava. As descobertas dos cientistas são apresentadas na revista AstrofísicaJornalCartas .

“Nunca vimos anteriormente uma explosão deste tipo permanecer brilhante durante tanto tempo, a menos que tivesse alguma interação com o hidrogénio ejetado pela estrela antes do evento cataclísmico. Mas não há assinatura de hidrogénio nas observações desta supernova”, afirma Dan Milisavljevic, autor principal do estudo da Universidade Purdue (EUA).

Ao contrário da maioria das explosões estelares que desaparecem, SN 2012au continua a brilhar graças a um poderoso pulsar recém-nascido. Crédito: NASA, ESA e J. DePasquale

Explosões de estrelas, conhecidas como supernovas, podem ser tão brilhantes que ofuscam as galáxias que as contêm. Eles geralmente “desaparecem” completamente dentro de alguns meses ou anos, mas às vezes os restos da explosão “colapsam” em nuvens de gás ricas em hidrogênio e tornam-se brilhantes novamente. Mas eles poderão brilhar novamente sem qualquer interferência externa?

À medida que grandes estrelas explodem, o seu interior “colapsa” até ao ponto em que todas as partículas se transformam em neutrões. Se a estrela de nêutrons resultante tiver um campo magnético e girar rápido o suficiente, ela pode se tornar uma nebulosa de vento pulsar. Muito provavelmente, foi exatamente isso que aconteceu com SN 2012au, localizado na galáxia NGC 4790 na direção da constelação de Virgem.

“Quando a nebulosa do pulsar é suficientemente brilhante, funciona como uma lâmpada, iluminando as emissões exteriores da explosão anterior. Sabíamos que as supernovas produzem estrelas de neutrões em rotação rápida, mas nunca tínhamos tido provas diretas deste evento único,” acrescentou Dan Milisavljevic.

Imagem do pulsar Parus obtida pelo Observatório Chandra da NASA. Crédito: NASA

SN 2012au inicialmente revelou-se incomum e estranho em muitos aspectos. Embora a explosão não tenha sido brilhante o suficiente para ser classificada como uma supernova “superluminal”, foi extremamente energética e duradoura.

“Se um pulsar for criado no centro da explosão, ele pode empurrar e até acelerar o gás, então em alguns anos poderemos ver o gás rico em oxigênio “escapando” do local da explosão SN 2012au”, explicou Dan Milisavljevic.

O coração pulsante da Nebulosa do Caranguejo. No seu centro está um pulsar. Crédito: NASA/ESA

As supernovas superluminais são um tema muito debatido na astronomia. Eles são fontes potenciais de ondas gravitacionais, bem como de explosões de raios gama e explosões rápidas de rádio. Mas a compreensão dos processos por detrás destes eventos enfrenta dificuldades de observação, e apenas a próxima geração de telescópios ajudará os astrónomos a desvendar os mistérios destas explosões.

“Este é um processo fundamental no Universo. Não estaríamos aqui se não fosse pelas supernovas. Muitos elementos necessários à vida, incluindo cálcio, oxigénio e ferro, são criados nestes eventos catastróficos. Penso que é importante para nós, como cidadãos do Universo, compreender este processo”, concluiu Dan Milisavljevic.

A explosão de uma supernova é um fenômeno de proporções verdadeiramente cósmicas. Na verdade, esta é uma explosão de poder colossal, como resultado da qual a estrela deixa de existir completamente ou se transforma em uma forma qualitativamente nova - na forma de uma estrela de nêutrons ou de um buraco negro. Neste caso, as camadas externas da estrela são lançadas no espaço. Espalhando-se em alta velocidade, elas dão origem a belas nebulosas luminosas.

(Total de 11 fotos)

1. A nebulosa Simeiz 147 (também conhecida como Sh 2-240) é um enorme remanescente de uma explosão de supernova, localizada na fronteira das constelações de Touro e Auriga. A nebulosa foi descoberta em 1952 pelos astrônomos soviéticos G. A. Shain e V. E. Gaze no Observatório Simeiz, na Crimeia. A explosão ocorreu há cerca de 40.000 anos, período durante o qual o material voador ocupou uma área do céu 36 vezes maior que a área da Lua cheia! As dimensões reais da nebulosa são impressionantes 160 anos-luz, e a distância até ela é estimada em 3.000 anos-luz. anos. Característica distintiva objetos - longos filamentos curvos de gás, dando à nebulosa o nome de Espaguete.

2. A Nebulosa do Caranguejo (ou M1 segundo o catálogo de Charles Messier) é um dos objetos cósmicos mais famosos. A questão aqui não é seu brilho ou beleza especial, mas o papel que a Nebulosa do Caranguejo desempenhou na história da ciência. A nebulosa é um remanescente de uma explosão de supernova que ocorreu em 1054. As menções ao aparecimento de uma estrela muito brilhante neste local foram preservadas nas crônicas chinesas. M1 está localizado na constelação de Touro, próximo à estrela ζ; em noites escuras e claras pode ser visto com binóculos.

3. O famoso objeto Cassiopeia A, a fonte de rádio mais brilhante do céu. Este é o remanescente de uma supernova que entrou em erupção por volta de 1667 na constelação de Cassiopeia. Estranho, mas não encontramos nenhuma menção a uma estrela brilhante nos anais da segunda metade do século XVII. Provavelmente, na faixa óptica, sua radiação foi bastante enfraquecida pela poeira interestelar. A última supernova observada em nossa galáxia continua sendo uma supernova Kepler.

4. A Nebulosa do Caranguejo tornou-se famosa em 1758, quando os astrónomos anteciparam o regresso do Cometa Halley. Charles Messier, o famoso “apanhador de cometas” da época, procurou o convidado de cauda entre os chifres de Touro, onde foi previsto. Mas, em vez disso, o astrônomo descobriu uma nebulosa alongada, que o confundiu tanto que a confundiu com um cometa. No futuro, para evitar confusão, Messier decidiu compilar um catálogo de todos os objetos nebulosos do céu. A Nebulosa do Caranguejo foi incluída no catálogo como número 1. Esta imagem da Nebulosa do Caranguejo foi obtida pelo Telescópio Hubble. Mostra muitos detalhes: fibras de gás, nós, condensações. Hoje, a nebulosa está a expandir-se a uma velocidade de cerca de 1.500 km/s, e a mudança no seu tamanho é perceptível em fotografias tiradas em intervalos de apenas alguns anos. O tamanho total da Nebulosa do Caranguejo excede 5 anos-luz.

5. A Nebulosa do Caranguejo em óptica, térmica e raios X. No centro da nebulosa está um pulsar - uma estrela de nêutrons superdensa que emite ondas de rádio e gera raios X na matéria que o rodeia (os raios X são mostrados em azul). Observações da Nebulosa do Caranguejo em comprimentos diferentes ondas deram aos astrônomos informações fundamentais sobre estrelas de nêutrons, pulsares e supernovas. Esta imagem é uma combinação de três imagens obtidas pelos telescópios espaciais Chandra, Hubble e Spitzer.

6. A última explosão de supernova observada a olho nu ocorreu em 1987 numa galáxia vizinha, a Grande Nuvem de Magalhães. O brilho da supernova 1987A atingiu a magnitude 3, o que é bastante, dada a distância colossal até ela (cerca de 160.000 anos-luz); O progenitor da supernova era uma estrela hipergigante azul. Após a explosão, uma nebulosa em expansão e anéis misteriosos na forma do número 8 permaneceram no lugar da estrela. Os cientistas sugerem que a razão de seu aparecimento pode ser a interação do vento estelar da estrela antecessora com o gás ejetado durante a explosão.

7. Remanescente de Supernova Tycho. Uma supernova ocorreu em 1572 na constelação de Cassiopeia. A estrela brilhante foi observada pelo dinamarquês Tycho Brahe, o melhor astrônomo-observador da era pré-telescópica. O livro escrito por Brahe na sequência deste acontecimento teve um enorme significado ideológico, pois naquela época se acreditava que as estrelas eram imutáveis. Já em nossa época, os astrônomos caçam essa nebulosa há muito tempo com a ajuda de telescópios e, em 1952, descobriram sua emissão de rádio. A primeira imagem óptica foi tirada apenas na década de 1960.

8. Remanescente de supernova na constelação de Velas. A maioria das supernovas da nossa Galáxia aparece no plano da Via Láctea, pois é aqui que nascem e passam a sua vida. vida curta estrelas massivas. Os remanescentes filamentosos de supernova são difíceis de discernir nesta imagem devido à abundância de estrelas e nebulosas vermelhas de hidrogénio, mas a concha esférica em explosão ainda pode ser identificada pelo seu brilho esverdeado. A supernova em Parusy entrou em erupção há aproximadamente 11-12 mil anos. Durante a explosão, a estrela ejetou uma enorme massa de matéria para o espaço, mas não entrou em colapso completamente: em seu lugar permaneceu um pulsar, uma estrela de nêutrons que emite ondas de rádio.

9. A Nebulosa do Lápis (NGC 2736), parte de um envelope de supernova da constelação Velae. Na verdade, a nebulosa é uma onda de choque que se propaga pelo espaço a uma velocidade de meio milhão de quilômetros por hora (na foto ela voa de baixo para cima). Vários milhares de anos atrás, essa velocidade era ainda maior, mas a pressão do gás interestelar circundante, por mais insignificante que fosse, desacelerou a expansão da camada da supernova.

10. A Nebulosa da Medusa, outro remanescente de supernova bem conhecido, está localizada na constelação de Gêmeos. A distância até esta nebulosa é pouco conhecida e é provavelmente de cerca de 5 mil anos-luz. A data da explosão também é conhecida aproximadamente: 3 a 30 mil anos atrás. A estrela brilhante à direita é uma variável interessante de Gêmeos que pode ser observada (e suas mudanças de brilho estudadas) a olho nu.

11. NGC 6962 ou close-up do Véu Oriental. Outro nome para este objeto é Nebulosa da Rede.

Sua ocorrência é um fenômeno cósmico bastante raro. Em média, três supernovas explodem por século no universo observável. Cada explosão é uma catástrofe cósmica gigantesca, liberando uma quantidade incrível de energia. De acordo com a estimativa mais aproximada, esta quantidade de energia poderia ser gerada pela explosão simultânea de muitos milhares de milhões de bombas.

Ainda não existe uma teoria suficientemente rigorosa sobre explosões de supernovas, mas os cientistas apresentaram uma hipótese interessante. Eles sugeriram, com base em cálculos complexos, que durante a síntese alfa dos elementos o núcleo continua a encolher. A temperatura atinge um número fantástico - 3 bilhões de graus. Sob tais condições, vários processos no núcleo são significativamente acelerados; Como resultado, muita energia é liberada. A rápida compressão do núcleo acarreta uma compressão igualmente rápida da casca da estrela.

Ele também aquece muito e as reações nucleares que ocorrem nele, por sua vez, são bastante aceleradas. Assim, literalmente em questão de segundos, uma enorme quantidade de energia é liberada. Isso leva a uma explosão. É claro que tais condições nem sempre são alcançadas e, portanto, as supernovas raramente surgem.

Esta é a hipótese. O futuro mostrará até que ponto os cientistas estão certos nas suas suposições. Mas o presente também levou os pesquisadores a suposições absolutamente surpreendentes. Os métodos astrofísicos permitiram rastrear como a luminosidade das supernovas diminui. E foi o que aconteceu: nos primeiros dias após a explosão, a luminosidade diminui muito rapidamente, e depois essa diminuição (dentro de 600 dias) diminui. Além disso, a cada 55 dias a luminosidade diminui exatamente pela metade. Do ponto de vista matemático, esta diminuição ocorre de acordo com a chamada lei exponencial. Um bom exemplo Tal lei é a lei do decaimento radioativo. Os cientistas fizeram uma suposição ousada: a liberação de energia após a explosão de uma supernova se deve a decaimento radioativo um isótopo de um elemento com meia-vida de 55 dias.

Mas qual isótopo e qual elemento? Essas pesquisas continuaram por vários anos. O berílio-7 e o estrôncio-89 eram “candidatos” ao papel de tais “geradores” de energia. Eles se desintegraram pela metade em apenas 55 dias. Mas eles não tiveram a chance de passar no exame: os cálculos mostraram que a energia liberada durante o decaimento beta era muito pequena. Mas outros isótopos radioativos conhecidos não tinham meia-vida semelhante.

Um novo concorrente surgiu entre elementos que não existem na Terra. Acabou sendo um representante de elementos transurânicos sintetizados artificialmente por cientistas. O nome do requerente é californiano e seu número de série é noventa e oito. Seu isótopo califórnio-254 foi preparado em uma quantidade de apenas cerca de 30 bilionésimos de grama. Mas esta quantidade verdadeiramente leve foi suficiente para medir a meia-vida do isótopo. Acabou sendo igual a 55 dias.

E daí surgiu uma hipótese curiosa: é a energia de decaimento da Califórnia-254 que proporciona a luminosidade invulgarmente elevada de uma supernova durante dois anos. A decadência do califórnio ocorre através da fissão espontânea de seus núcleos; com esse tipo de decaimento, o núcleo parece se dividir em dois fragmentos - os núcleos dos elementos do meio da tabela periódica.

Mas como o próprio Califórnia é sintetizado? Os cientistas também dão uma explicação lógica aqui. Durante a compressão do núcleo que precede a explosão da supernova, a reação nuclear da interação do já familiar néon-21 com partículas alfa é extraordinariamente acelerada. A consequência disso é o aparecimento, em um período bastante curto de tempo, de um fluxo de nêutrons extremamente poderoso. O processo de captura de nêutrons ocorre novamente, mas desta vez é rápido. Os núcleos conseguem absorver os próximos nêutrons antes de sofrerem decaimento beta. Para este processo, a instabilidade dos elementos do transbismuto não é mais um obstáculo. A cadeia de transformações não será interrompida e o final da tabela periódica também será preenchido. Nesse caso, aparentemente, formam-se até elementos transurânicos que ainda não foram obtidos em condições artificiais.

Os cientistas calcularam que cada explosão de supernova produz apenas uma quantidade fantástica de California-254. Dessa quantidade seria possível fazer 20 bolas, cada uma pesando tanto quanto a nossa Terra. O que é mais destino supernova? Ela morre muito rapidamente. No local da sua erupção, apenas uma estrela pequena e muito tênue permanece. Distingue-se, no entanto, pela densidade invulgarmente elevada da substância: uma caixa de fósforos cheia dela pesaria dezenas de toneladas. Essas estrelas são chamadas de "". Ainda não sabemos o que acontecerá com eles a seguir.

A matéria ejetada para o espaço sideral pode condensar e formar novas estrelas; eles vão começar um novo longo curso desenvolvimento. Até agora, os cientistas fizeram apenas esboços gerais da imagem da origem dos elementos, uma imagem do trabalho das estrelas - grandes fábricas de átomos. Talvez esta comparação geralmente transmita a essência da questão: o artista esboça na tela apenas os primeiros contornos da futura obra de arte. A ideia principal já está clara, mas muitos detalhes, inclusive significativos, ainda precisam ser adivinhados.

A solução final para o problema da origem dos elementos exigirá um enorme trabalho de cientistas de diversas especialidades. Provavelmente, muito do que agora nos parece indubitável acabará, na verdade, sendo aproximadamente aproximado ou mesmo completamente incorreto. Os cientistas provavelmente terão que enfrentar padrões que ainda nos são desconhecidos. Com efeito, para compreender os processos mais complexos que ocorrem no Universo, será sem dúvida necessário um novo salto qualitativo no desenvolvimento das nossas ideias sobre o mesmo.

Segundo os astrônomos, em 2022 a explosão de supernova mais brilhante na constelação de Cygnus será visível da Terra. O flash será capaz de ofuscar o brilho da maioria das estrelas no céu! A explosão de uma supernova é um fenômeno raro, mas esta não será a primeira vez que a humanidade observará o fenômeno. Por que esse fenômeno é tão fascinante?

SINAIS TERRÍVEIS DO PASSADO

Então, há 5.000 anos, os habitantes da Antiga Suméria ficaram aterrorizados - os deuses mostraram que estavam com raiva ao mostrar um sinal. O segundo sol brilhou no céu, então mesmo à noite estava tão claro quanto o dia! Tentando evitar o desastre, os sumérios fizeram ricos sacrifícios e oraram incansavelmente aos deuses - e isso teve um efeito. An, o deus do céu, afastou sua raiva - o segundo sol começou a desaparecer e logo desapareceu completamente do céu.

É assim que os cientistas reconstroem eventos que ocorreram há mais de cinco mil anos, quando uma supernova explodiu na Antiga Suméria. Esses eventos tornaram-se conhecidos por meio de uma tabuinha cuneiforme contendo uma história sobre a “segunda divindade do sol” que apareceu no lado sul do céu. Os astrônomos encontraram vestígios de um cataclismo estelar - a nebulosa Parus X permanece da supernova que assustou os sumérios.

De acordo com dados científicos modernos, o horror dos antigos habitantes da Mesopotâmia foi amplamente justificado - se uma explosão de supernova tivesse ocorrido um pouco mais perto do sistema solar, toda a vida na superfície do nosso planeta teria sido queimada pela radiação.

Isto já aconteceu uma vez, quando há 440 milhões de anos ocorreu uma explosão de supernova em regiões do espaço relativamente próximas do Sol. A milhares de anos-luz da Terra, uma enorme estrela tornou-se uma supernova e o nosso planeta foi queimado por uma radiação mortal. Os monstros paleozóicos, que tiveram a infelicidade de viver naquela época, puderam ver como um brilho ofuscante que apareceu de repente no céu eclipsou o sol - e esta foi a última coisa que viram em suas vidas. Em segundos, a radiação da supernova destruiu a camada de ozônio do planeta e matou a vida na superfície da Terra. Felizmente, a superfície dos continentes do nosso planeta naquela época estava quase desprovida de habitantes e a vida estava escondida nos oceanos. A espessura da água protegeu da radiação da supernova, mas ainda assim mais de 60% dos animais marinhos morreram!

Uma explosão de supernova é um dos cataclismos mais enormes do Universo. Uma estrela em explosão libera uma quantidade incrível de energia – em pouco tempo, uma estrela emite mais luz do que bilhões de estrelas na galáxia.

EVOLUÇÃO DAS SUPERNOVES

Os astrônomos há muito observam explosões de supernovas distantes usando telescópios poderosos. Inicialmente, este fenômeno foi percebido como uma curiosidade incompreensível, mas no final do primeiro quartel do século XX, os astrônomos aprenderam a determinar distâncias intergalácticas. Então ficou claro a que distância inimaginável a luz das supernovas chega à Terra e que poder incrível esses flashes têm. Mas qual é a natureza deste fenômeno?

As estrelas se formam a partir de acumulações cósmicas de hidrogênio. Essas nuvens de gás ocupam vastos espaços e podem ter uma massa colossal, igual a centenas de massas solares. Quando tal nuvem é suficientemente densa, as forças gravitacionais começam a agir, causando a compressão do gás, o que provoca intenso aquecimento. Ao atingir um certo limite, as reações termonucleares começam no centro aquecido e comprimido da nuvem - é assim que as estrelas “acendem”.

A estrela flamejante tem longa vida: O hidrogênio nas entranhas de uma estrela se transforma em hélio (e depois em outros elementos da tabela periódica, até o ferro) ao longo de milhões e até bilhões de anos. Além disso, o que mais estrela, mais curta será sua vida. As anãs vermelhas (a chamada classe das estrelas pequenas) têm uma vida útil de um trilhão de anos, enquanto as estrelas gigantes podem “queimar” em milésimos desse período.

A estrela “vive” enquanto for mantido o “equilíbrio de forças” entre as forças gravitacionais que a comprimem e as reações termonucleares que emitem energia e tendem a “separar” a matéria. Se a estrela for grande o suficiente (tem uma massa maior que a massa do Sol), chega um momento em que as reações termonucleares na estrela enfraquecem (o “combustível” já está queimado) e as forças gravitacionais se tornam mais fortes. Neste ponto, a força que comprime o núcleo da estrela torna-se tão forte que a pressão da radiação não é mais capaz de impedir a contração da matéria. Ocorre um colapso catastroficamente rápido - em poucos segundos o volume do núcleo da estrela cai 100.000 vezes!

A rápida compressão da estrela leva ao fato de que a energia cinética da matéria se transforma em calor e a temperatura sobe para centenas de bilhões de Kelvins! Ao mesmo tempo, a luminosidade da estrela moribunda aumenta vários bilhões de vezes - e a “explosão de supernova” queima tudo nas áreas vizinhas do espaço. No núcleo de uma estrela moribunda, os elétrons são “comprimidos” em prótons, de modo que quase apenas os nêutrons permanecem dentro do núcleo.

VIDA APÓS A EXPLOSÃO

As camadas superficiais da estrela explodem e, sob condições de temperaturas gigantescas e pressão monstruosa, ocorrem reações com a formação de elementos pesados ​​(até urânio). E assim as supernovas cumprem a sua grande missão (do ponto de vista da humanidade) - possibilitam o surgimento da vida no Universo. “Quase todos os elementos que constituem a nós e ao nosso mundo surgiram de explosões de supernovas”, dizem os cientistas. Tudo o que nos rodeia: o cálcio nos nossos ossos, o ferro nos nossos glóbulos vermelhos, o silício nos nossos chips de computador e o cobre nos nossos fios - tudo isto saiu das fornalhas infernais das explosões de supernovas. Maioria elementos químicos apareceu no Universo exclusivamente durante explosões de supernovas. E os átomos desses poucos elementos (do hélio ao ferro) que as estrelas sintetizam enquanto estão em um estado “silencioso” podem se tornar a base para o aparecimento de planetas somente depois de terem sido lançados no espaço interestelar durante uma explosão de supernova. Portanto, tanto o próprio homem quanto tudo ao seu redor consistem em restos de antigas explosões de supernovas.

O núcleo remanescente após a explosão torna-se uma estrela de nêutrons. Este é um objeto espacial incrível de pequeno volume, mas com densidade monstruosa. O diâmetro de uma estrela de nêutrons comum é de 10 a 20 km, mas a densidade da matéria é incrível - 665 milhões de toneladas por centímetro cúbico! Nessa densidade, um pedaço de neutrônio (a substância que compõe essa estrela) do tamanho de uma cabeça de fósforo pesará muitas vezes mais que a pirâmide de Quéops, e uma colher de chá de neutrônio terá uma massa de mais de um bilhão de toneladas. . O neutrônio também tem uma força incrível: um pedaço de neutrônio (se estivesse nas mãos da humanidade) não pode ser quebrado em pedaços por nenhuma força física - qualquer instrumento humano seria absolutamente inútil. Tentar cortar ou arrancar um pedaço de neutrônio seria tão inútil quanto serrar um pedaço de metal com ar.

BETELGEUSE É A ESTRELA MAIS PERIGOSA

No entanto, nem todas as supernovas se transformam em estrelas de nêutrons. Quando a massa de uma estrela excede um certo limite (o chamado segundo limite de Chandrasekhar), o processo de explosão da supernova deixa para trás muita massa de matéria e a pressão gravitacional é incapaz de conter nada. O processo se torna irreversível - toda a matéria é reunida em um ponto e um buraco negro é formado - uma falha que absorve tudo irrevogavelmente, até mesmo a luz solar.

Uma explosão de supernova poderia ameaçar a Terra? Infelizmente, os cientistas respondem afirmativamente. A estrela Betelgeuse, vizinha próxima do Sistema Solar pelos padrões cósmicos, poderá explodir muito em breve. De acordo com Sergei Popov, pesquisador do Instituto Astronômico do Estado, “Betelgeuse é de fato uma das melhores candidatas, e certamente a mais famosa, para supernovas próximas (no tempo). Esta estrela massiva está na fase final da sua evolução e muito provavelmente explodirá como uma supernova, deixando para trás uma estrela de neutrões." Betelgeuse é uma estrela vinte vezes mais pesada que o nosso Sol e cem mil vezes mais brilhante, localizada a cerca de cinco mil anos-luz de distância. Como esta estrela atingiu o estágio final de sua evolução, em um futuro próximo (pelos padrões cósmicos) ela terá todas as chances de se tornar uma supernova. Segundo os cientistas, este cataclismo não deveria ser perigoso para a Terra, mas com uma ressalva.

O fato é que a radiação de uma supernova durante uma explosão é direcionada de forma desigual - a direção da radiação é determinada pelos pólos magnéticos da estrela. E se acontecer que um dos pólos de Betelgeuse esteja direcionado diretamente para a Terra, então, após a explosão da supernova, um fluxo mortal de radiação de raios X será liberado em nossa Terra, capaz de pelo menos destruir a camada de ozônio. Infelizmente, hoje não existem sinais conhecidos pelos astrônomos que permitam prever um cataclismo e criar um “sistema de alerta precoce” para uma explosão de supernova. No entanto, embora Betelgeuse esteja a viver a sua vida, o tempo sideral é incomensurável com o tempo humano e, muito provavelmente, a catástrofe está a milhares, senão dezenas de milhares de anos de distância. Pode-se esperar que num tal período a humanidade crie proteção confiável de explosões de supernovas.

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O que você sabe sobre supernovas? Você provavelmente dirá que uma supernova é uma explosão grandiosa de uma estrela, no lugar da qual permanece uma estrela de nêutrons ou um buraco negro.

No entanto, nem todas as supernovas são realmente o estágio final da vida de estrelas massivas. Sob classificação moderna As explosões de supernovas, além das explosões de supergigantes, também incluem alguns outros fenômenos.

Novas e supernovas

O termo “supernova” migrou do termo “nova”. “Novas” eram chamadas de estrelas que apareceram no céu quase do zero, após o que desapareceram gradualmente. Os primeiros “novos” são conhecidos nas crônicas chinesas que datam do segundo milênio aC. Curiosamente, entre essas novas havia frequentemente supernovas. Por exemplo, foi uma supernova em 1571 que foi observada por Tycho Brahe, que posteriormente cunhou o termo “nova”. Agora sabemos que em ambos os casos não estamos falando do nascimento de novos luminares no sentido literal.

Novas e supernovas indicam um aumento acentuado no brilho de uma estrela ou grupo de estrelas. Via de regra, antes as pessoas não tinham a oportunidade de observar as estrelas que deram origem a essas explosões. Eram objetos muito escuros para o olho nu ou para o instrumento astronômico da época. Eles foram observados já no momento da erupção, que naturalmente lembrava o nascimento de uma nova estrela.

Apesar da semelhança desses fenômenos, hoje existe uma grande diferença em suas definições. O pico de luminosidade das supernovas é milhares e centenas de milhares de vezes maior que o pico de luminosidade das novas. Esta discrepância é explicada pela diferença fundamental na natureza desses fenômenos.

O nascimento de novas estrelas

As novas explosões são explosões termonucleares que ocorrem em alguns sistemas estelares próximos. Tais sistemas também consistem em uma estrela companheira maior (estrela da sequência principal, subgigante ou). A poderosa gravidade da anã branca puxa material de sua estrela companheira, causando a formação de um disco de acreção ao seu redor. Os processos termonucleares que ocorrem no disco de acreção às vezes perdem a estabilidade e tornam-se explosivos.

Como resultado de tal explosão, o brilho do sistema estelar aumenta milhares, ou mesmo centenas de milhares de vezes. É assim que nasce uma nova estrela. Um objeto até então obscuro ou mesmo invisível para um observador terrestre adquire um brilho perceptível. Via de regra, esse surto atinge seu pico em apenas alguns dias e pode desaparecer por anos. Freqüentemente, essas explosões se repetem no mesmo sistema a cada poucas décadas, ou seja, são periódicos. Um envelope de gás em expansão também é observado em torno da nova estrela.

As explosões de supernovas têm uma natureza de origem completamente diferente e mais diversa.

As supernovas são geralmente divididas em duas classes principais (I e II). Essas classes podem ser chamadas de espectrais, porque eles se distinguem pela presença e ausência de linhas de hidrogênio em seus espectros. Essas classes também são visivelmente diferentes visualmente. Todas as supernovas de classe I são semelhantes tanto no poder de explosão quanto na dinâmica das mudanças de brilho. As supernovas de classe II são muito diversas nesse aspecto. O poder de sua explosão e a dinâmica das mudanças de brilho variam em uma faixa muito ampla.

Todas as supernovas de classe II são geradas por colapso gravitacional no interior de estrelas massivas. Em outras palavras, esta é a mesma explosão de supergigantes que nos é familiar. Entre as supernovas de primeira classe, existem aquelas cujo mecanismo de explosão tem maior probabilidade de ser semelhante à explosão de novas estrelas.

Morte dos Supergigantes

Estrelas cuja massa excede 8 a 10 massas solares tornam-se supernovas. Os núcleos dessas estrelas, tendo esgotado o hidrogênio, iniciam reações termonucleares envolvendo hélio. Tendo esgotado o hélio, o núcleo passa a sintetizar elementos cada vez mais pesados. Nas profundezas da estrela, cada vez mais camadas são criadas, cada uma com seu próprio tipo de fusão termonuclear. No estágio final de sua evolução, essa estrela se transforma em uma supergigante “em camadas”. Em seu núcleo ocorre a síntese do ferro, enquanto mais perto da superfície continua a síntese do hélio a partir do hidrogênio.

A fusão dos núcleos de ferro e dos elementos mais pesados ​​ocorre com a absorção de energia. Portanto, tendo se tornado ferro, o núcleo supergigante não é mais capaz de liberar energia para compensar forças gravitacionais. O núcleo perde seu equilíbrio hidrodinâmico e começa a sofrer compressão aleatória. As camadas restantes da estrela continuam a manter este equilíbrio até que o núcleo se contraia até um certo tamanho crítico. Agora as camadas restantes e a estrela como um todo estão perdendo o equilíbrio hidrodinâmico. Só que neste caso não é a compressão que “vence”, mas a energia libertada durante o colapso e outras reações caóticas. A camada externa é liberada - uma explosão de supernova.

Diferenças de classe

As diferentes classes e subclasses de supernovas são explicadas pela aparência da estrela antes da explosão. Por exemplo, a ausência de hidrogênio nas supernovas de classe I (subclasses Ib, Ic) é consequência do fato de a própria estrela não possuir hidrogênio. Muito provavelmente, parte de sua camada externa foi perdida durante a evolução em um sistema binário próximo. O espectro da subclasse Ic difere de Ib na ausência de hélio.

De qualquer forma, supernovas dessas classes ocorrem em estrelas que não possuem uma camada externa de hidrogênio-hélio. As camadas restantes estão dentro de limites bastante estritos de tamanho e massa. Isso se explica pelo fato de que as reações termonucleares se substituem com o início de um determinado estágio crítico. É por isso que as explosões das estrelas das classes Ic e Ib são tão semelhantes. Seu pico de luminosidade é aproximadamente 1,5 bilhão de vezes a do Sol. Atingem essa luminosidade em 2 a 3 dias. Depois disso, seu brilho diminui de 5 a 7 vezes por mês e diminui lentamente nos meses subsequentes.

As estrelas supernovas do tipo II tinham uma camada de hidrogênio-hélio. Dependendo da massa da estrela e de suas outras características, esta concha pode ter limites diferentes. Isto explica a ampla gama de padrões de supernovas. Seu brilho pode variar de dezenas de milhões a dezenas de bilhões de luminosidades solares (excluindo explosões de raios gama - veja abaixo). E a dinâmica das mudanças no brilho tem um caráter muito diferente.

Transformação de anã branca

Uma categoria especial de supernovas são as erupções. Esta é a única classe de supernovas que pode ocorrer em galáxias elípticas. Esta característica sugere que estas erupções não são o produto da morte de supergigantes. As supergigantes não vivem para ver suas galáxias “envelhecerem”, ou seja, se tornará elíptico. Além disso, todos os flashes desta classe têm quase o mesmo brilho. Graças a isso, as supernovas do tipo Ia são as “velas padrão” do Universo.

Eles surgem de acordo com um padrão distintamente diferente. Conforme observado anteriormente, essas explosões são de natureza um tanto semelhante a novas explosões. Um esquema para a sua origem sugere que também se originam num sistema próximo de uma anã branca e da sua estrela companheira. No entanto, ao contrário das novas estrelas, ocorre aqui uma detonação de um tipo diferente e mais catastrófico.

À medida que “devora” a sua companheira, a anã branca aumenta de massa até atingir o limite de Chandrasekhar. Este limite, aproximadamente igual a 1,38 massas solares, é o limite superior da massa de uma anã branca, após o qual ela se transforma em uma estrela de nêutrons. Tal evento é acompanhado por uma explosão termonuclear com uma liberação colossal de energia, muitas ordens de magnitude superior a uma nova explosão normal. O valor quase constante do limite de Chandrasekhar explica uma discrepância tão pequena no brilho de várias chamas desta subclasse. Este brilho é quase 6 bilhões de vezes maior que a luminosidade solar, e a dinâmica de sua mudança é a mesma das supernovas de classe Ib, Ic.

Explosões de hipernova

Hipernovas são explosões cuja energia é várias ordens de magnitude superior à energia das supernovas típicas. Ou seja, na verdade são hipernovas, supernovas muito brilhantes.

Normalmente, uma hipernova é considerada uma explosão de estrelas supermassivas, também chamada de . A massa dessas estrelas começa em 80 e muitas vezes excede o limite teórico de 150 massas solares. Existem também versões de que hipernovas podem se formar durante a aniquilação da antimatéria, a formação de uma estrela de quark ou a colisão de duas estrelas massivas.

As hipernovas são notáveis ​​​​por serem a principal causa talvez dos eventos mais raros e que consomem mais energia no Universo - as explosões de raios gama. A duração das explosões gama varia de centésimos de segundos a várias horas. Mas na maioria das vezes duram de 1 a 2 segundos. Nestes segundos, eles emitem energia semelhante à energia do Sol durante todos os 10 bilhões de anos de sua vida! A natureza das explosões de raios gama ainda é amplamente desconhecida.

Progenitores da vida

Apesar de toda a sua natureza catastrófica, as supernovas podem ser chamadas de progenitoras da vida no Universo. O poder de sua explosão empurra o meio interestelar para a formação de nuvens de gás e poeira e nebulosas, nas quais as estrelas nascem posteriormente. Outra característica deles é que as supernovas saturam o meio interestelar com elementos pesados.

São as supernovas que dão origem a todos os elementos químicos mais pesados ​​que o ferro. Afinal, como observado anteriormente, a síntese de tais elementos requer energia. Apenas as supernovas são capazes de “carregar” núcleos compostos e nêutrons para a produção de novos elementos com uso intensivo de energia. A energia cinética da explosão os transporta pelo espaço junto com os elementos formados nas entranhas da estrela em explosão. Estes incluem carbono, nitrogênio e oxigênio e outros elementos sem os quais a vida orgânica é impossível.

Observação de supernovas

Explosões de supernovas são fenômenos extremamente raros. A nossa galáxia, que contém mais de cem mil milhões de estrelas, regista apenas algumas explosões por século. De acordo com crónicas e fontes astronómicas medievais, nos últimos dois mil anos apenas foram registadas seis supernovas visíveis a olho nu. Os astrónomos modernos nunca observaram supernovas na nossa galáxia. O mais próximo ocorreu em 1987 na Grande Nuvem de Magalhães, um dos satélites da Via Láctea. Todos os anos, os cientistas observam até 60 supernovas ocorrendo em outras galáxias.

É por causa desta raridade que as supernovas são quase sempre observadas já no momento da sua explosão. Os eventos que a precederam quase nunca foram observados, por isso a natureza das supernovas ainda permanece em grande parte misteriosa. A ciência moderna não é capaz de prever com precisão as supernovas. Qualquer estrela candidata só pode surgir depois de milhões de anos. O mais interessante a este respeito é Betelgeuse, que tem uma oportunidade muito real de iluminar o céu da Terra durante a nossa vida.

Sinalizadores universais

As explosões de hipernova são ainda mais raras. Na nossa galáxia, tal evento ocorre uma vez a cada centenas de milhares de anos. No entanto, explosões de raios gama geradas por hipernovas são observadas quase diariamente. Eles são tão poderosos que são registrados em quase todos os cantos do Universo.

Por exemplo, uma das explosões de raios gama, localizada a 7,5 mil milhões de anos-luz de distância, pôde ser vista a olho nu. Aconteceu na galáxia de Andrômeda e por alguns segundos o céu da Terra foi iluminado por uma estrela com o brilho da lua cheia. Se isso acontecesse do outro lado da nossa galáxia, um segundo Sol apareceria no fundo da Via Láctea! Acontece que o brilho da explosão é quatrilhão de vezes mais brilhante que o Sol e milhões de vezes mais brilhante que a nossa Galáxia. Considerando que existem bilhões de galáxias no Universo, não é surpreendente que tais eventos sejam registrados todos os dias.

Impacto em nosso planeta

É improvável que as supernovas possam representar uma ameaça para a humanidade moderna e de alguma forma afetar o nosso planeta. Mesmo uma explosão de Betelgeuse iluminaria nosso céu apenas por alguns meses. No entanto, certamente nos influenciaram decisivamente no passado. Um exemplo disso é a primeira de cinco extinções em massa na Terra, ocorrida há 440 milhões de anos. De acordo com uma versão, a causa desta extinção foi uma explosão de raios gama que ocorreu na nossa Galáxia.

Mais digno de nota é o papel completamente diferente das supernovas. Como já foi observado, são as supernovas que criam os elementos químicos necessários para o surgimento da vida baseada no carbono. A biosfera da Terra não foi exceção. sistema solar formado em uma nuvem de gás que continha fragmentos de explosões anteriores. Acontece que todos devemos nossa aparência à supernova.

Além disso, as supernovas continuaram a influenciar a evolução da vida na Terra. Ao aumentar a radiação de fundo do planeta, eles forçaram os organismos a sofrer mutações. Também não devemos esquecer as grandes extinções. Certamente as supernovas “fizeram ajustes” na biosfera terrestre mais de uma vez. Afinal, se não fosse por essas extinções globais, espécies completamente diferentes dominariam agora a Terra.

A escala das explosões estelares

Para entender claramente quanta energia as explosões de supernovas têm, vamos nos voltar para a equação de massa e energia equivalente. Segundo ele, cada grama de matéria contém uma quantidade colossal de energia. Portanto, 1 grama da substância equivale à explosão de uma bomba atômica detonada sobre Hiroshima. A energia da Bomba do Czar equivale a três quilos de matéria.

A cada segundo, durante os processos termonucleares nas profundezas do Sol, 764 milhões de toneladas de hidrogênio são convertidas em 760 milhões de toneladas de hélio. Aqueles. A cada segundo, o Sol emite energia equivalente a 4 milhões de toneladas de matéria. Apenas um bilionésimo da energia total do Sol chega à Terra, o que equivale a dois quilogramas de massa. Portanto, dizem que a explosão da Tsar Bomba pôde ser observada de Marte. A propósito, o Sol fornece à Terra centenas de vezes mais energia do que a humanidade consome. Ou seja, para cobrir as necessidades energéticas anuais de todos humanidade moderna Apenas algumas toneladas de matéria precisam ser convertidas em energia.

Considerando o que foi dito acima, imagine que uma supernova média em seu pico “queime” quatrilhões de toneladas de matéria. Isto corresponde à massa de um grande asteróide. A energia total de uma supernova é equivalente à massa de um planeta ou mesmo de uma estrela de baixa massa. Finalmente, uma explosão de raios gama, em segundos, ou mesmo numa fração de segundo da sua vida, emite energia equivalente à massa do Sol!

Supernovas tão diferentes

O termo “supernova” não deve ser associado apenas à explosão de estrelas. Esses fenômenos são talvez tão diversos quanto as próprias estrelas são diversas. A ciência ainda não compreendeu muitos dos seus segredos.