Взрыв сверхновой звезды
Взрывы сверхновых Почему взрываются сверхновые? Железо не может высвободить энергию в результате термоядерного синтеза, поскольку для этого требуется больше энергии, чем оно может высвободить.
Поэтому ядро железа продолжает подвергаться гравитации, приближая электроны к ядру больше, чем позволяет квантовый предел, сливаясь с протонами, образуя нейтроны, и аннигилируя, испуская при этом нейтрино.
Механизм взрыва сверхновой звезды
Когда начинается этот процесс, железное ядро размером с Землю и такой же массой, как у Солнца, за доли секунды превращается в шар нейтронов размером в несколько километров.
Энергия, выделяемая при этом гравитационном коллапсе, огромна, более чем в 100 раз превышает энергию, выделяемую Солнцем за 10 миллиардов лет его жизни.
Эта энергия уносит внешние слои звезды в космос, вызывая мощный взрыв, известный как сверхновая (множественное число: сверхновые).
В некоторых случаях оставшаяся масса настолько велика, что ядро продолжает разрушаться под действием гравитации и превращается в черную дыру.
Последствия взрывов сверхновых
Взрыв порождает ударную волну от поверхности бывшей звезды со скоростью 10 000 километров в секунду, которая нагревается и светится около недели.
Эта ударная волна сжимает материал, через который она проходит, и только в этом месте образуются многие элементы, включая цинк, серебро, олово, золото, ртуть, свинец и уран.
В течение нескольких месяцев газ остывает, теряет свою светимость и присоединяется к обломкам межзвездного пространства. В этом мусоре содержатся все элементы, образовавшиеся в центре звезды.
Миллионы или миллиарды лет спустя эти обломки могут быть включены в новую звезду. Тот факт, что Земля содержит элементы, которые могут быть созданы только при взрывах сверхновых, является доказательством того, что наша Солнечная система, планеты и небесные тела содержат материал, который был создан в результате взрывов сверхновых давным-давно.
Типы сверхновых
Сверхновые возникают в звездах массой не менее 8 солнечных масс. Доктор Мелисса Грэм объясняет различные типы сверхновых.
Как существуют различные типы звезд, так существуют и различные типы сверхновых. Перечисленные выше типы коллапсов ядра сверхновых классифицируются эмпирически на основе элементов в их спектрах: тип II содержит водород, тип Ib содержит гелий, а тип Ic не содержит ни водорода, ни гелия.
Хотя эти классификации были первоначально определены на основе данных наблюдений, в настоящее время существует лучшее понимание физических различий между звездами, которые приводят к этим классификациям, и причин взрывов сверхновых.
Так, массивные звезды похожи на луковицу, с самым тяжелым элементом, железом, плавящимся в центре, и концентрической оболочкой из более легких элементов, таких как гелий и водород; у типа Ib гелий без водорода, что указывает на то, что у этой звезды не было водородной оболочки во время распада ядра. Аналогично, у типа Ic нет водородной или гелиевой оболочки, а в спектре видны тяжелые элементы, такие как железо из ядра.
Как это произошло? В массивных звездах, которые ярко горят при высоких температурах, давление излучения настолько велико, что внешние слои отрываются от звезды. Считается, что звезды, масса которых в 8-20 раз превышает солнечную, относятся к типу II, а более крупные звезды — к типу Ib или Ic.
Эта гипотеза была подтверждена некоторыми ближайшими к нам сверхновыми, в том числе исчезновением массивных звезд на фотографиях, сделанных перед взрывом сверхновой.
Существует еще одна эмпирическая классификация сверхновых, называемая Тип Ia, которые, как и Тип Ic, не содержат водорода и гелия, но имеют очень сильные линии поглощения кремния, а также железа.
Процесс взрыва сверхновых
типа Ia Все звезды типа Ia очень яркие и имеют одинаковую внутреннюю светимость. Другими словами, все они излучают одинаковое количество энергии, причем очень много.
Эти особенности позволяют предположить, что они возникают не в результате коллапса ядра звезды, а в результате термоядерного взрыва массой 1,4 солнечной массы. Первоначально звезда, масса которой в 2-8 раз превышает солнечную, не имеет достаточной температуры для слияния элементов тяжелее углерода и кислорода.
На этой стадии звезда охлаждается, сжимается и теряет большую часть своей массы на стадии планетарной туманности, где она становится звездой COWD. Эти звезды очень плотные, размером примерно с Землю, а масса такая же, как у Солнца, и стабильны только тогда, когда их масса меньше 1,4.
Однако если у COWD есть бинарные компаньоны, они могут быстро расти. При взрыве сверхновой при критической массе термоядерная реакция расплавляет большую часть материала в радиоактивный никель, который за несколько секунд распадается на железо.
Оставшийся материал сгорает в более легкие элементы, такие как кремний, и хотя звезды COWD слишком тусклы, чтобы их можно было напрямую идентифицировать как первобытные объекты, они являются единственным известным физическим сценарием, который одновременно объясняет яркость, сходство и спектры сверхновых типа Ia. Вы можете обсудить эту статью на нашем форуме. Нажмите на кнопку ниже.