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


  • 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


  • Судя по многочисленным публикациям, посвященным современной астрофизике, она находится на подъеме. Положение дел даже сравнивают с революционной ситуацией, сложившейся в физике в начале прошлого века. Но если тогда истина рождалась в спорах, сейчас новые понятия проникают в астрофизику практически без сопротивления. При этом ключевые положения старой теории, вместо того, чтобы обрести окончательную ясность, заменяются наборами гипотез. Современный астрофизик подробно объяснит, что такое космологический вакуум или антигравитация, но на вопрос о происхождении галактик даст расплывчатый ответ, включающий несколько возможных сценариев.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • 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).



  • Существует небольшой шанс, что через 3,34 миллиарда лет Марс столкнется с Землей. Также есть вероятность столкновения Земли и Венеры или Меркурия и Венеры. Меркурий вообще может упасть на Солнце или улететь в межзвездное пространство. Таковы причуды нашей системы, новые тайны которой раскрыли ученые.
    Подробнейшее численное моделирование эволюции орбит в Солнечной системе выполнили профессор Жак Ласкар (Jacques Laskar) и Микаэль Гастино (Mickael Gastineau) из Парижской обсерватории (Observatoire de Paris).
    Долгое время астрономы полагали, что орбиты планет в Солнечной системе стабильны и неизменны. Потом стали появляться сведения, что на заре зарождения системы орбиты ряда планет сильно отличались от нынешних и претерпевали большие изменения, прежде чем все «устоялось».



  • Варварские наклонности некоторых звезд иногда возмущают. Пока одни отнимают вещество у ближайших тел, другие поступают еще более нагло и жестоко. Они скидывают со звезд газопылевые диски, которые могли бы дать начало новой планетной системе, а то и новым формам жизни. Но не со всех, а лишь с тех, кто решается переступить опасную черту.



  • 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


  • ...И тут внимание исследователей привлекла давняя и очень любопытная гипотеза космических струн. Постичь ее трудно, представить наглядно просто невозможно: струны можно только описать сложными математическими формулами. Эти загадочные одномерные образования не излучают света и обладают огромной плотностью — один метр такой "ниточки" весит больше Солнца. А если их масса так велика, то и гравитационное поле, пусть даже растянутое в линию, должно значительно отклонять световые лучи. Однако линзы уже сфотографированы, а космические струны и "черные дыры" пока существуют лишь в уравнениях математиков. Из этих уравнений следует, что возникшая сразу после Большого взрыва космическая струна должна быть "замкнута" на границы Вселенной. Но границы эти так далеки, что середина струны их "не чувствует" и ведет себя, как кусок упругой проволоки в свободном полете или как леска в бурном потоке. Струны изгибаются, перехлестываются и рвутся. Оборванные концы струн тут же соединяются, образуя замкнутые куски. И сами струны, и отдельные их фрагменты летят сквозь Вселенную со скоростью, близкой к скорости света.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • 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


  • 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


  • Наблюдения на рентгеновской обсерватории «Чандра» показали наличие большого числа маломассивных рентгеновских двойных звезд в эллиптических и линзовидных галактиках, а также в балджах — центральных сферических компонентах — дисковых галактик. Распределение источников по светимостям хорошо описывается двумя компонентами, граница между которыми соответствует светимости порядка (2-3) 1038 эрг/с. Т.к. эта величина примерно соответствует максимальной (т.н. Эддингтоновской) светимости объекта с массой 1.4 Мо, то возможно, что более мощные источники являются аккрецирующими черными дырами, а менее мощные — нейтронными звездами. Т.о. с некоторой долей уверенности можно говорить, что мы видим в галактиках ранних типов — эллиптических и линзовидных — тесные двойные системы как с черными дырами (самые яркие источники), так и с нейтронными звездами (менее яркие).