Сверхновые звезды

Ср, 11/05/2014 - 20:15

Слева — рентгеновский снимок галактики NGC 1260, где произошел взрыв сверхновой. ...

Сравнительный график яркости (в условных единицах) SN 2006gy и типичных сверхновых типов Ia и II, а также сверхновой 1987 года

Так в общих чертах выглядит структура SN 2006gy. При взрыве поверхностные слои холодного газа (показан темно-красным) были «разорваны» на два полушария. При этом сформировался ударный фронт (расцвечен желто-зелеными тонами), который отбросил их в противоположные стороны

Иллюстрация процесса, который, по мнению ученых, привел к возникновению SN 2006gy

Ученые подготовили вот такую схему эволюции звезд в зависимости от массы. Главное изменение, которое они в ней сделали,  — добавили на самый верх особо крупных голубых гигантов, которые превращаются в сверхновую, а не в черную дыру



Этот взрыв потряс не только часть Вселенной, но и земную астрономию! Громадная звезда вдруг стала сверхновой, и ее разорвало на куски с таким шиком, что даже бывалые астрономы заявили, что никогда такого не видали. А ведь должна была вести себя тихо-тихо. Ученые подозревают, что такое разрушительное событие может в любой момент повториться у нас прямо под боком. Возможно, даже завтра. Или прямо сейчас.

«Это был действительно чудовищный взрыв с энергией в сотню раз больше, чем у обычной сверхновой», — рассказывает потрясенный Натан Смит (Nathan Smith), астроном из университета Калифорнии в Беркли (University of California at Berkeley). Ему довелось руководить группой исследователей, занимавшихся изучением небывалого астрономического события. Что же произошло?

«Все данные говорят о том, что рванула очень массивная звезда, которая весит в 150 раз больше Солнца. Мы никогда такого не видели», — отвечает Смит. И правда, по словам ученых, это была самая мощная и яркая из когда-либо зарегистрированных сверхновых.

Взрыв произошел в сентябре 2006 года в галактике NGC 1260, находящейся от нас в 240 миллионах световых лет. По предположению астрономов, такие масштабные случаи могли часто иметь место в ранней Вселенной. Назвали эту сверхновую SN 2006gy.

До наших дней дошло мало таких космических «слонов», чей вес подходит к теоретическому пределу массы звезды. Поэтому обнаружение подобного светила и, тем более, наблюдение его смерти  — крайне редкие события. Так что если некий астроном очень суеверен, то такие случаи он может смело считать хорошими приметами.
К тому же, как показало детальное изучение катаклизма, объект оказался не просто сверхновой, а какой-то сверх-сверхновой. Обычные сверхновые бабахают, когда в массивных звездах выгорает их «топливо» и они начинают сжиматься под действием собственной гравитации. Но в случае SN 2006gy было нечто совсем другое.
В конце своих жизней сверхмассивные звезды становятся источником рентгеновского излучения. Причем, как утверждает Натан Смит, мощность его потока у SN 2006gy оказалась столь сильной, что часть этой энергии превратилась в частицы и античастицы  — произошло нечто вроде процесса, обратного аннигиляции. В результате энергии, естественно, становится меньше, что выражается в снижении давления, «распирающего» звезду изнутри.

В итоге баланс между внутренним давлением и гравитационным сжатием нарушается в пользу последнего, и звезда начинает коллапсировать. А так как масса огромна, то и гравитация внушительна, поэтому следующая за всем этим катастрофа принимает фантастические масштабы.

При этом начинаются термоядерные реакции, происходящие с огромным выделением энергии, что и становится причиной взрыва, безжалостно раскидывающего в пространстве вещество звезды. Как видно, принципиальное отличие таких взрывов  — в снижении давления из-за превращения излучения в набор частиц и античастиц.
Из-за SN 2006gy пришлось совершить очередную революцию в астрономии. Ведь раньше полагали, будто у таких голубых гигантов одна судьба  — стать черной дырой. Но оказалось, что у особо тяжелых представителей есть альтернатива  — стать сверхновой. Причем речь о сверхновой совершенно нового типа. Ибо раньше думали, что такое будущее уготовано звездам, которые на порядок менее массивны.

Но, может, не стоит относить SN 2006gy к новому типу? Может, это просто какой-нибудь вселенский мутант, уникальный в своем роде? Видимо, нет. Особенность SN 2006gy в том, что звезда сначала сбросила часть вещества и только спустя некоторое время, как бы «подумав», взорвалась. Да и в космосе есть еще один объект, уже сделавший нечто похожее. А притаился он прямо под боком, в нашей галактике, в жалких 7,5 тысячах световых лет от нас  — это звезда Эта в созвездии Киля.
Эта Киля  — яркий голубой гигант, который имеет массу как раз в 100-150 солнечных. И как раз в 1841-1843 годах она неожиданно увеличила яркость, заодно сбросив часть вещества, из которого сформировалась туманность, впоследствии названная Гомункулус. Так вот, оказывается, что следующий предсказуемый этап развития звездного чудовища из Киля  — это взрыв, примерно такой же, как SN 2006gy.

Марио Ливио (Mario Livio), известный астрофизик из института космического телескопа (Space Telescope Science Institute), не принимавший, правда, участия в работе Смита, подтвердил, что Эта Киля действительно должна взорваться. «Мы не знаем точно, как скоро это случится, но на всякий случай мы приглядываем за ней». И еще уточнил, что взрыв будет безопасен, так как не дотянется до нас. Скорее всего.

Не зря следят — гиганты такого рода очень редки, на 400 миллиардов звезд Млечного Пути их должно быть всего штук десять. К тому же Марио добавил: «Взрыв Эты Киля будет лучшим звездным шоу в истории современной цивилизации».

Так что ближайшие несколько столетий нам придется держать фотоаппараты наготове. Ничего не поделаешь  — голубые тяжеловесы на небе выступают не каждый день.
Но и это, оказывается, не предел! Астрономам удалось засечь в соседней карликовой галактике гибель самой тяжелой из когда-либо обнаруженных звезд. Взрыв сверхновой SN2007bi, наблюдавшийся в течение нескольких месяцев, подтвердил ее принадлежность к новому уникальному типу.
Еще в начале 2007 года вспышка SN 2007bi была отмечена в рамках проекта SNfactory, курируемого Национальной лабораторией Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab). Сверхновая по многим параметрам побила прежние рекорды, чем моментально привлекла внимание специалистов.

Ныне, проанализировав собранные материалы, астрофизики пришли к потрясающим выводам  — «звезда-предок» подобного взрыва могла быть только гигантом с массой, в 200 раз превышавшей солнечную. Это означает, что она была тяжелей всех светил, которые астрономы когда-либо наблюдали в пределах нашей Галактики. (По весу с ней можно сравнить разве что звезду в туманности Пиона, которую оценивают примерно в 150-200 солнечных масс.)

Следующим шагом специалистов была проверка — соответствует ли необычная звезда типу поведения, получившему название «парной нестабильности» (pair instability). Суть его в следующем: в раскаленной внутренности тяжелой звезды сильное гамма-излучение начинает порождать пары электрон-позитрон. Это сокращает световое давление на внешние слои, что нарушает баланс между ним и силой тяжести. Следует частичный коллапс и затем мощный взрыв, не рождающий, вопреки обычному для столь массивной звезды положению дел, черной дыры. Обычная судьба массивных звезд  — превращение в черные дыры, однако явление парной нестабильности, происходящее в ядре, должно в итоге буквально разорвать его на осколки.

Этот феномен был предсказан несколько десятилетий назад, и предположительно наблюдался в случае с рекордной сверхновой SN 2006gy, о которой мы упоминали выше. Однако SN 2007bi  — первое наблюдавшееся явление парно-нестабильной сверхновой, которое полностью совпало с виртуальной моделью процесса.
Для анализа использовался суперкомпьютер Национального вычислительного центра энергетических исследований (NERSC). Специальная программа генерировала многочисленные синтетические спектры и сопоставляла их с реально полученными данными, отыскивая подходящую модель. Вердикт компьютера был однозначен: SN2007bi  — это действительно сверхновая с парной нестабильностью.

Итак, сразу два новых типа для самого редкого и могущественного космического явления, коим является взрыв сверхновой,  — можно сказать, что за прошедшее десятилетие астрономам здорово подфартило! И это еще не считая массового открытия экзопланет, исследования трансурановых объектов и т.п.

Другие материалы рубрики


  • Уже очень скоро сверхмассивную черную дыру в центре нашей Галактики украсит красочный венец из молодых и ярких звезд. Следы метилового спирта в огромном газовом кольце вокруг нее означают, что в нем уже формируются массивные звезды. Раньше астрономы думали, что черная дыра образованию звезд может помешать.
    В центрах большинства галактик, особенно крупных, находятся сверхмассивные черные дыры, весящие миллионы и даже миллиарды солнечных масс — куда больше тех, что возникают в конце эволюции звезд. Судя по всему, эти объекты зародились еще в первые сотни миллионов лет после Большого взрыва, породившего нашу Вселенную, и с тех пор лишь росли, постепенно нагуливая массу и освещая свои вселенские окрестности ярким светом активности галактического ядра

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Галактика, в которой мы живем, — Млечный Путь — настоящий исполин по галактическим меркам. Среди галактик местной группы лишь Туманность Андромеды может тягаться с нашим домом по количеству звезд, размерам и массе. Однако сферы влияния гигантов давно поделены, и нашу галактику окружают десятки, а может, и сотни галактик-спутников.
    Сейчас известны по крайней мере 23 спутника нашей галактики. Некоторые из них светятся, как миллиарды солнц, и жителям Южного полушария нашей планеты отлично знакомы Магеллановы облака — крупнейшие спутники нашей Галактики, не заметить которые на ночном небе невозможно даже невооруженным глазом.



  • Давайте вспомним испытание противоспутникового оружия, проведенное 11 января 2007 года Китаем. Почему оно вызвало беспокойство у специалистов космической отрасли? Ведь с 1968-го по 1986-й США и СССР провели свыше 20 таких же испытаний! И с того времени уже было проведено несколько подобных испытаний?! Дело вовсе не в международной безопасности. Или не только в ней.



  • Теория эволюции звезд основана на диаграмме «спектр-светимость». Спектр звезды связан с температурой ее поверхностных слоев, светимость — это количество световой энергии, излучаемой звездой в единицу времени. По оси абсцисс откладывается последовательность спектральных классов, по оси ординат — светимость. Звезды Галактики изображаются на диаграмме точками. Точки могли бы расположиться как попало, могли бы сгуститься к одной линии. Но они сгущаются к нескольким линиям и областям, из которых выделяются пять. Им соответствуют группы звезд: звезды главной последовательности, субкарлики, красные гиганты, сверхгиганты, белые карлики. Сопоставляя диаграммы «спектр-светимость», составленные для различных звездных скоплений, можно с уверенностью утверждать, что звезды главной последовательности на определенном этапе эволюции превращаются в красные гиганты. Из диаграмм также видно, как это происходит: температура звезды начинает уменьшаться, размеры и светимость, наоборот, увеличиваются. Через некоторое время температура опять начинает расти. Скорость эволюции определяется начальной массой звезды.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • ...Новая теория позволила сформулировать идеи, допускавшие экспериментальную проверку. В результате этих работ была предсказана новая разновидность света, состоящая не из обычных фотонов, а из загадочных Z–частиц. В окрестностях Женевы в 1983 году в серии экспериментов, исследующих столкновения частиц высоких энергий на ускорителе, были обнаружены Z–частицы, то есть единая теория поля получила подтверждение. Теоретики к этому времени сформулировали амбициозную теорию, объединяющую с электромагнитным и слабыми взаимодействиями еще один тип ядерных сил — сильное взаимодействие. Кроме того, были получены первые результаты исследований в области гравитации, показывавшие, каким образом гравитационное взаимодействие можно было бы объединить с другими типами взаимодействий...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6


  • О спонтанном возникновении вещества из пустого пространства говорят как о рождении “из ничего”, которое близко по духу рождению ex nihilo в христианской доктрине. Для физики пустое пространство совсем не “ничего”, а весьма существенная часть Вселенной, а мысль о рождении самого пространства может показаться вообще странной. Однако в каком-то смысле это все время происходит вокруг нас. Расширение Вселенной есть не что иное, как непрерывное “разбухание” пространства. С каждым днем доступная современным телескопам область Вселенной возрастает на 1018 кубических световых лет. Здесь полезна аналогия с резиной. Если упругий резиновый жгут вытянуть, его “становится больше”. Пространство напоминает суперэластик тем, что оно, насколько известно физикам, может неограниченно долго растягиваться не разрываясь. Растяжение и искривление пространства напоминает деформацию упругого тела тем, что “движение” пространства происходит по законам механики точно так же, как и движение обычного вещества. В данном случае это законы гравитации. Квантовая теория в равной мере применима как к веществу, так и к пространству и к времени.
    Действительно, благодаря собственной физической природе Вселенная возбуждает в себе всю энергию, необходимую для “создания” материи — это есть космический бутстрэп (bootstrap — в переводе “зашнуровка”, в переносном смысле — отсутствие иерархии в системе элементарных частиц).



  • Был ли Большой взрыв началом времени или Вселенная существовала и до него? Лет десять назад такой вопрос казался нелепым. В размышлениях о том, что было до Большого взрыва, космологи видели не больше смысла, чем в поисках пути, идущего от Северного полюса на север. Но развитие теоретической физики и, в частности, появление теории струн заставило ученых снова задуматься о предначальной эпохе.
    Вопрос о начале начал занимать философов и богословов с давних времен. Он переплетается с множеством фундаментальных проблем, нашедших свое отражение в знаменитой картине Поля Гогена «D’ou venons-nous? Que sommes-nous? Ou allons-nous?» («Откуда мы пришли? Кто мы такие? Куда мы идем?»). Полотно изображает извечный цикл: рождение, жизнь и смерть — происхождение, идентификация и предназначение каждого индивидуума. Пытаясь разобраться в своем происхождении, мы возводим свою родословную к минувшим поколениям, ранним формам жизни и прото-жизни, химическим элементам, возникшим в молодой Вселенной, и, наконец, к аморфной энергии, некогда заполнявшей пространство. Уходит ли наше фамильное древо корнями в бесконечность или космос так же не вечен, как и мы?

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6


  • Однако сторонники потоков воды провели всестороннее исследование гипотезы о жидкой углекислоте и других средах. Были детально рассмотрены практически все ее аспекты и сделаны убедительные выводы. Например, в аккуратной работе Стьюарта и Ниммо, вышедшей в 2002 году, результаты сформулированы следующим образом: «Мы нашли, что ни конденсированный CO2, ни клатраты CO2 не могут быть накоплены в коре Марса в достаточных количествах... Таким образом, мы заключаем, что овраги не могут быть образованы жидким CO2. В свете этих результатов потоки жидкой воды остаются предпочтительным механизмом формирования свежих протоков на поверхности».


  • Прошло без малого сто лет с того момента, как были открыты космические лучи-потоки заряженных частиц, приходящих из глубин Вселенной. С тех пор сделано много открытий, связанных с космическими излучениями, но и загадок остается еще немало. Одна из них, возможно, наиболее интригующая: откуда берутся частицы с энергией более
    1020 эВ, то есть почти миллиард триллионов электрон-вольт, в миллион раз большей, чем будет получена в мощнейшем ускорителе — Большом адронном коллайдере (LHC)? Какие силы и поля разгоняют частицы до таких чудовищных
    энергий?

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Наблюдая и изучая особенности Млечного Пути, астрономы долгое время не могли понять общую структуру и историю нашей Галактики. До 1920 г. ученые не были уверены, что Галактика — отдельный объект, один из миллиардов подобных. К середине 50-х гг. они наконец составили план Галактики, представляющий собой величественный диск из звезд и газа. В 60-х гг. теоретики считали, что наша Галактика сформировалась на раннем этапе космической истории — по новейшим оценкам, около 13 млрд. лет назад — и с той поры не претерпевала существенных изменений.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5