Наднова зірка

Залишок наднової Кеплера

Наднові зірки - зірки, блиск яких при спалаху збільшується на десятки зоряних величин протягом декількох доби. У максимумі блиску наднова порівнянна по яскравості з усією галактикою, в якій вона спалахнула, і навіть може перевершувати її. Наприклад, світність наднової SN 1972E в ~ 13 разів перевищувала інтегральну світність своєї рідної галактики NGC 5253 ^[1]. Тому наднові можна реєструвати з дуже далеких галактик аж до червоних зміщень z ~ 1 (~ 1000 Мпк) ^[2], і навіть більше. Під час спалаху наднової виділяється енергія порядку 10 ⁵⁰ - 10 ⁵¹ ерг ^[3].

1. Термінологія

Терміном "наднові" були названі зірки, які спалахували набагато (на порядки) сильніше так званих "Нових зірок". Насправді, ні ті, ні інші фізично новими не є, завжди спалахують уже існуючі зірки. Але в декількох історичних випадках спалахували ті зірки, які раніше були на небі практично або повністю не видно, що і створювало ефект появи нової зірки.

2. Правило іменування

Супернова SN 1994D в галактиці NGC 4526 (яскрава крапка в нижньому лівому куті)

Про відкриття наднової повідомляється в Центральне бюро астрономічних телеграм Міжнародного астрономічного союзу, звідки розсилається циркуляр з ім'ям, присвоєним наднової. Ім'я складається з мітки SN, після якої ставлять рік відкриття, з закінченням з одного або двобуквеного позначення. Перші 26 наднових поточного року отримують однобуквені позначення, у закінченні імені, із заголовних букв від A до Z. Решта наднові отримують дволітерні позначення з великих літер: aa, ab, і так далі. Таким чином, наприклад, наднова з ім'ям SN 2003C була відкрита третьою в 2003 році. ^[4]

З початку 2000 року астрономами і любителями щороку відкривалося кілька сотень наднових (572 в 2007, 261 в 2008, 390 у 2009). Наприклад, остання наднова 2005 року носить назву SN 2005nc, що відповідає триста шістьдесят сьомому ^{[nb 1]} наднової, виявленої в 2005 році.

Непідтверджені наднові позначають буквами PSN ( англ. Possible Supernova ) З небесними координатами в форматі: Jhhmmssss + ddmmsss.

3. Історія спостережень

Крабоподібна туманність як залишок наднової SN 1054

4. Класифікація

5. Фізика наднових зірок

Тип наднової визначається по наявності в спектрі спалаху ліній водню. Якщо він є, значить наднова II типу, якщо ні - то I типу ^[5].

5.1. Наднові I типу

Кілька іншим виглядає механізм спалахів наднових зірок типу Іа (SN Ia). Це так звана термоядерна наднова, в основі механізму вибуху якої лежить процес термоядерного синтезу в щільному вуглецево - кисневому ядрі зірки. Попередниками SN Ia є білі карлики з масою, близькою до межі Чандрасекара. Прийнято вважати, що такі зірки можуть утворюватися при перетікання речовини від другої компоненти подвійний зоряної системи. Це відбувається, якщо друга зірка системи виходить за межі своєї порожнини Роша чи відноситься до класу зірок з сверхінтенсівним зоряним вітром. При збільшенні маси білого карлика поступово збільшується його щільність і температура. Нарешті, при досягненні температури близько 3 10 ⁸ K, виникають умови для термоядерної підпалювання вуглецево - кисневої суміші. Від центру до зовнішніх шарів починає поширюватися фронт горіння, залишаючи за собою продукти горіння - ядра групи заліза. Поширення фронту горіння відбувається в повільному дефлаграційне режимі і є нестійким до різних видів збурень. Найбільше значення має Релей-Тейлоровской нестійкість, яка виникає через дії Архімедова сили на легкі і менш щільні продукти горіння, в порівнянні з щільною вуглецево - кисневої оболонкою. Починаються інтенсивні великомасштабні конвективні процеси, що призводять до ще більшого посилення термоядерних реакцій і виділенню необхідної для скидання оболонки наднової енергії (~ 10 ⁵¹ ерг). Швидкість фронту горіння збільшується, можлива турбулізація полум'я та освіта ударної хвилі в зовнішніх шарах зірки.

Існують також SN Ib і Ic, попередниками яких є масивні зірки в подвійних системах, на відміну від SN II, попередниками яких є поодинокі зірки.

5.2. Наднові II типу

За сучасними уявленнями, термоядерний синтез призводить з часом до збагачення складу внутрішніх областей зірки важкими елементами. В процесі термоядерного синтезу і освіти важких елементів зірка стискається, а температура в її центрі зростає. (Ефект негативної теплоємності гравитирующего невиродженого речовини.) Якщо маса зірки достатньо велика, то процес термоядерного синтезу доходить до логічного завершення з утворенням ядер заліза і нікелю, а стиск продовжується. При цьому термоядерні реакції будуть продовжуватися тільки в деякому шарі зірки навколо центрального ядра - там, де ще залишилося невигорілі термоядерное паливо. Центральне ядро ​​стискується все сильніше, і в певний момент через тиск в ньому починають йти реакції нейтронізаціі - протони починають поглинати електрони, перетворюючись в нейтрони. Це викликає швидку втрату енергії, уносимой утворюються нейтрино (т. зв. нейтринне охолодження), так що ядро зірки стискається і охолоджується. Процес колапсу центрального ядра настільки швидкий, що навколо нього утворюється хвиля розрідження. Тоді слідом за ядром до центру зірки спрямовується і оболонка. Далі відбувається відскік речовини оболонки від ядра і утворюється розповсюджується назовні ударна хвиля, що ініціює термоядерні реакції. При цьому виділяється достатня енергія для скидання оболонки наднової з великою швидкістю. Важливе значення має процес підживлення ударної хвилі енергією виходять з центральної області нейтрино. Такий механізм вибуху належить до наднових II типу (SN II). Як показує чисельне моделювання, ударна хвиля відскоку не призводить до вибуху наднової. Вона зупиняється на відстані приблизно 100-200 км від центру зірки. Облік обертання та наявності магнітного поля дозволяє чисельно змоделювати вибух наднової (магніторотаціонний механізм вибуху наднових з колапсуючої ядром). Вважається, що утворенням наднової II типу закінчується еволюція всіх зірок, початкова маса яких перевищує 8-10 мас Сонця . Після вибуху залишається нейтронна зірка або чорна діра, а навколо цих об'єктів в просторі деякий час існують залишки оболонок вибухнула зірки у вигляді розширюється газової туманності.

5.3. Теорія наднових

Модель механізму гравітаційного колапсу

Закінченої теорії наднових зірок поки не існує. Усі пропоновані моделі є спрощеними і мають вільні параметри, які необхідно налаштовувати для отримання необхідної картини вибуху. В даний час в чисельних моделях неможливо врахувати всі фізичні процеси, що відбуваються в зірках і мають значення для розвитку спалаху. Закінченої теорії зоряної еволюції також не існує.

Зауважимо, що попередником відомої наднової SN 1987A, віднесеної до другого типу, є блакитний надгігант, а не червоний, як передбачалося до 1987 року в моделях SN II. Також, ймовірно, в її залишку відсутня компактний об'єкт типу нейтронної зірки або чорної діри, що видно із спостережень.

6. Місце наднових у Всесвіті

Згідно з численними дослідженнями, після народження Всесвіту, вона була заповнена тільки легкими речовинами - воднем і гелієм. Всі інші хімічні елементи могли утворитися тільки в процесі горіння зірок. Це означає, що Земля складається з речовини, що утворився в надрах доісторичних зірок і викинутого колись у вибухах наднових.

За розрахунками вчених, кожна наднова II типу виробляє активного ізотопу алюмінію ⁽²⁶ Al) близько 0,0001 маси Сонця. Розпад цього ізотопу створює жорстке випромінювання, яке тривало спостерігалося, і по його інтенсивності розраховано, що утримання в Галактиці цього ізотопу - менше трьох сонячних мас. Це означає, що наднові II типу повинні вибухати в Галактиці в середньому два рази на століття, чого не спостерігається. Ймовірно, в останні століття багато подібних вибухи не помічалися (відбувалися за хмарами космічного пилу). Тому більшість наднових спостерігається в інших галактиках. Глибокі огляди неба на автоматичних камерах, з'єднаних з телескопами, дозволяють зараз астрономам відкривати більше 300 спалахів на рік.

7. Найбільш відомі наднові зірки

• Крабоподібна туманність
• Супернова SN 1572
• Супернова SN 1604 (Супернова Кеплера)
• Супернова SN 1987A
• Супернова SN 1993J
• Гіперновая SN 2006gy
• Супернова G1.9 +0.3 (Наймолодша з відомих в нашій Галактиці)

8. Історичні наднові в нашій Галактиці (спостерігалися)

9. Нотатки

Примітки