;
Кейсы 28 июля 2020

Как одна вспышка света изменила наше представление о сверхновых звездах

Далее

Потрясающая вспышка ультрафиолетового света от взрывающегося белого карлика была обнаружена астрономами только во второй раз и может дать исследователям важные подсказки о том, что подстегивает гибель этих древних, остывающих звезд. Чрезвычайно редкий тип взрыва сверхновых даст ученым шанс раскрыть несколько давних загадок, в том числе о том, что заставляет белых карликов взрываться, как темная энергия ускоряет космос и как Вселенная создает тяжелые металлы — такие как железо. Рассказываем все о сверхновых: что их вызывает, какие бывают типы сверхновых; о самой большой звезде и о ближайшем к нам белом карлике. И о том, почему эта ультрафиолетовая вспышка изменила представление ученых о сверхновых звездах.

Что такое сверхновая?

Сверхновая звезда — это взрыв звезды. Это самый большой взрыв в космосе. Как правило, сверхновые звезды наблюдаются постфактум, то есть когда событие уже произошло и его излучение достигло Земли. Поэтому природа сверхновых долгое время была неясна. Но сейчас предлагается довольно много сценариев, приводящих к подобного рода вспышкам, хотя основные положения уже достаточно понятны.

Где происходят сверхновые?

Сверхновые часто встречаются в других галактиках. В 1604 году Йоханнес Кеплер обнаружил последнюю наблюдаемую сверхновую в Млечном пути. Телескоп Чандра НАСА обнаружил остатки более новой сверхновой. Она взорвалась в Млечном пути более 100 лет назад.

Что вызывает сверхновую?

Сверхновая звезда случается в тех звездах, у которых происходит изменение в ее ядре или центре. Изменение может происходить двумя разными способами, и оба приводят к сверхновой. Таким образом, сверхновые звезды делятся на два типа.

Первый тип сверхновых звезд. «Воровство» энергии, которое приводит к взрыву

Первый тип сверхновой происходит в двойных звездных системах. Двойные звезды — это две звезды, которые вращаются вокруг одной и той же точки. Одна из звезд, углеродисто-кислородный белый карлик, крадет вещество у своей звезды-компаньона. В конце концов белый карлик накапливает слишком много материи. Из-за слишком большого количества вещества звезда взрывается, в результате чего появляется сверхновая.

В сверхновой типа Ia белый карлик (слева) вытягивает вещество из звезды-компаньона до тех пор, пока его масса не достигнет предела, который приводит к коллапсу, а затем взрыву. Предоставлено: НАСА

Сверхновые типа I случаются немного реже и происходят в двойных звездных системах. Двойные звезды — это две звезды, которые вращаются вокруг одной и той же точки.

Одна звезда в паре — белый карлик, длинный мертвый остаток звезды главной последовательности, такой как наше Солнце. Вообще белые карлики — это звезды, состоящие из электронно-ядерной плазмы, лишенные источников термоядерной энергии и слабо светящиеся благодаря своей тепловой энергии. Они постепенно остывают и краснеют. Ближайший известный белый карлик — Сириус B, находящийся на расстоянии в 8,6 световых лет от Земли.

Изображение предоставлено НАСА, ЕКА, Х. Бондом (STScI) и М. Барстоу (Университет Лестера)

Вернемся к странной паре звезд. Компаньоном может быть звезда любого другого типа, например, красный гигант, звезда главной последовательности или даже другой белый карлик.

Для процесса взрыва сверхновой важно то, чтобы они были достаточно близки: у белого карлика должна быть возможность украсть вещество у своего партнера. Когда украденное количество достигает в 1,4 раза больше массы Солнца, белый карлик взрывается как сверхновая и полностью испаряется.

Из-за этого соотношения 1,4 астрономы используют сверхновые типа Ia в качестве «стандартных свечей» для измерения расстояний во Вселенной. Так как они знают, сколько энергии было при взрыве карлика, астрономы могут рассчитать расстояние до него.

Второй тип сверхновых звезд. Как и почему умирают огромные звезды?

Это сверхновые, которые возникают, когда умирают массивные звезды. Это звезды, масса которых превышает массу Солнца во много раз.

Самая тяжелая, самая горячая, самая яркая из известных науке звезд во Вселенной — это R136a1, звезда в звездном скоплении R136 в эмиссионной туманности NGC 2070, расположенной в Большом Магеллановом облаке.

Это изображение Хаббла показывает центральную область туманности Тарантул в Большом Магеллановом облаке. Молодое и плотное звездное скопление R136 можно увидеть в правом нижнем углу изображения. Это скопление содержит сотни молодых голубых звезд, среди которых самая массивная звезда, обнаруженная во Вселенной до сих пор.

Предоставлено: НАСА, ЕКА, P Crowther (Университет Шеффилда)

Звезды, как вы знаете, синтезируют водород в их ядрах. Эта реакция высвобождает энергию в форме фотонов и это «давление света» усиливает гравитацию звезды, сжимая ее.

Наше Солнце не имеет массы, способной поддерживать реакции синтеза с элементами помимо водорода или гелия. Поэтому когда весь гелий будет израсходован, реакции синтеза прекратятся, Солнце превратится в белого карлика и начнет остывать.

Если у вас есть звезда, которая превышает массу Солнца в 8–25 раз, она может соединить более тяжелые элементы в своем ядре. Когда у массивной звезды заканчивается водород, она переключается на гелий, а затем на углерод, неон и так далее. Однако когда процессы в ядре доходят до железа, реакция синтеза требует больше энергии, чем производит.

Внешние слои звезды падают внутрь за доли секунды, а затем детонируют как сверхновая типа II. Остается только плотная нейтронная звезда в качестве остатка.

Но если исходная звезда имела вес выше, чем у Солнца, более чем в 25 раз, происходит такой же коллапс ядра. Но сила материала, падающего внутрь, сжимает ядро ​​в черную дыру.

Это изображение показывает две массивные черные дыры в галактике OJ 287. Меньшая черная дыра вращается вокруг большей, которая также окружена газовым диском. Когда маленькая черная дыра врезается в диск, она дает вспышку ярче 1 триллиона звезд.

Предоставлено: НАСА/JPL-Caltech

Чрезвычайно массивные звезды, или гипергиганты с массой, более чем в 100 раз выше солнечной, просто взрываются без следа. Фактически вскоре после Большого взрыва появились звезды с сотнями, а может быть, даже тысячами масс Солнца, состоящие из чистого водорода и гелия. Эти монстры прожили бы очень короткую жизнь, взорвавшись с непостижимым количеством энергии.

Проще говоря, второй тип сверхновой происходит в конце жизни одной звезды. Когда у нее кончается ядерное топливо, часть ее массы попадает в ядро. Ядро ​​настолько становится настолько тяжелым, что не может выдержать собственную гравитационную силу. Оно разрушается, что приводит к гигантскому взрыву сверхновой.

Одна вспышка может объяснить, как взрываются белые карлики в сверхновые звезды

Недавно астрономы засвидетельствовали вспышку ультрафиолетового света после взрыва белого карлика в сверхновую звезду. Это всего лишь второй раз, когда такое событие наблюдалось астрономами.

Предоставлено: Northwestern University

Белый карлик — плотный остаток красных гигантских звезд, когда они взрываются. Но, как мы знаем, и белые карлики тоже могут взорваться. Ученые все еще пытаются выяснить почему — и эта вспышка света может помочь им найти ответ.

Необычная сверхновая была впервые обнаружена астрономам в декабре 2019 года. Они смогли наблюдать сверхновую и последующую ультрафиолетовую вспышку всего через один день после взрыва.

Событие называлось SN2019yvq и было прослежено до места, расположенного недалеко от хвоста созвездия Дракон, в 140 млн световых лет от Земли. Оно было названо сверхновой «Тип Ia» (произносится как «один-A»), что часто случается, когда взрывается белый карлик. Но ультрафиолетовая вспышка была неожиданной.

Только однажды подобное событие наблюдалось ранее. Предыдущий взрыв белого карлика, связанный с ультрафиолетовой вспышкой, был опубликован в исследовании 2015 года.

Но больше всего интересует исследователей тот факт, что эти два события не совсем похожи.

По словам ученых, они были уникальными в своем роде и кроме ультрафиолетовой вспышки, не имеют ничего общего. Астрофизик Адам Миллер предположил, что белые карлики могут взорваться, не достигнув предела Чандрасекара. Это верхний предел массы, при котором звезда может существовать как белый карлик. Если масса звезды превышает его, то она становится нейтронной звездой. Существование предела было доказано индийским астрофизиком Субраманьяном Чандрасекаром.

Ранее считалось, что белый карлик ниже массы или предела Чандрасекара, что в 1,4 раза больше массы Солнца, навсегда останется белым карликом. Но последнее исследование, опубликованное в Astrophysical Journal, изменило представление ученых о суперновых и белых карликах.

Что такого в этой ультрафиолетовой вспышке?

Ультрафиолетовая вспышка длилась всего пару дней, но этого было достаточно для интригующего понимания.

Раньше астрономы думали, что единственный способ возникновения такой ультрафиолетовой вспышки — это если материал, взорванный звездой, столкнулся с большой соседней звездой-компаньоном, которая быстро нагреет материал, достаточный для излучения ультрафиолетового света. Ультрафиолетовое излучение указывает на то, что сильный источник тепла находится внутри или рядом с белым карликом. Но ведь белые карлики охлаждаются с возрастом. Одна вспышка света уже изменила наше представление о сверхновых звездах.

Есть четыре потенциальных гипотезы для ультрафиолетовой вспышки, замеченной в этом событии.

  • Белый карлик поглощает свою звезду-компаньона и становится настолько большим и нестабильным, что взрывается. Материалы белого карлика и звезды-компаньона сталкиваются, вызывая вспышку ультрафиолетового излучения.
  • Чрезвычайно горячий радиоактивный материал в ядре белого карлика смешивается с его внешними слоями, в результате чего внешняя оболочка достигает более высоких температур, чем обычно.
  • Внешний слой гелия зажигает углерод внутри белого карлика, вызывая чрезвычайно горячий двойной взрыв и ультрафиолетовую вспышку.
  • Два белых карлика сливаются, вызывая взрыв со встречными выбросами, которые испускают ультрафиолетовое излучение.

Как только исследователи узнают, что вызвало взрыв, они применят эти результаты, чтобы узнать больше о формировании планеты и темной энергии.

Поскольку большая часть железа во Вселенной создается сверхновыми типа Ia, лучшее понимание этого явления может рассказать нам больше о нашей собственной планете. Например, железо из взорвавшихся звезд составляло ядро ​​всех каменистых планет, включая Землю.

Если вы хотите понять, как образовалась Земля, вам нужно знать, откуда появилось железо и «сколько нужно железа». Понимание того, как взрывается белый карлик, дает нам более точное понимание того, как оно создается и распределяется по всей Вселенной.

Разгадка темной энергии уже близко

Темная энергия — гипотетическая форма энергии, равномерно заполняющая все пространство Вселенной и проявляющаяся в антигравитации, то есть гравитации, отталкивающей, а не притягивающей массивные тела. Была введена в математическую модель Вселенной, чтобы объяснить, по какой причине она расширяется с ускорением.

Белые карлики уже играют огромную роль в современном понимании физиками темной энергии. Физики предсказывают, что все белые карлики имеют одинаковую яркость при взрыве. Таким образом, сверхновые типа Ia считаются «стандартными свечами», позволяя астрономам точно рассчитать, как далеко находятся взрывы от Земли. Использование сверхновых для измерения расстояний привело к открытию темной энергии, что было признано Нобелевской премией по физике 2011 года.

У ученых нет прямого способа измерить расстояние до других галактик. Большинство галактик фактически удаляются от нас. Если в далекой галактике есть сверхновая типа Ia, мы можем использовать ее для измерения комбинации расстояния и скорости, которая позволяет нам определять ускорение Вселенной. Темная энергия по-прежнему остается загадкой. Но эти сверхновые звезды — лучший способ исследовать темную энергию и понять, что это такое. И, главное, насколько быстро она ускоряет Вселенную.

Читать также

Посмотрите, что способен увидеть в космосе новый телескоп — преемник Хаббла

Раскрыта история происхождения «странных» метеоритов: они упали на Землю в 60-е

НАСА объяснило, почему метеорит с Марса придется вернуть обратно на планету

Загрузка...