Как рождаются сверхновые звезды во Вселенной, их типы

История наблюдений

Различные цивилизации регистрировали сверхновые задолго до изобретения телескопа. Самая старая зарегистрированная сверхновая – RCW 86. Ее китайские астрономы наблюдали еще в 185 году нашей эры. Их записи показывают, что эта звезда оставалась на небе 8 месяцев.

Крабовидная туманность – остаток сверхновой SN 1054. Она была настолько яркой, что астрономы могли видеть ее днем. Коренные американцы, возможно, также видели ее. Во всяком случае об этом говорят наскальные рисунки, найденные в Аризоне и Нью-Мексико.

Другие сверхновые, наблюдавшиеся до изобретения телескопа, произошли в 393, 1006, 1181, 1572 годах (изученные знаменитым астрономом Тихо Браге) и 1604 году. Браге писал о своих наблюдениях за сверхновой звездой в своей книге «De nova stella», которая дала название «нова».

Однако нова отличается от сверхновой. Обе они представляют собой внезапные вспышки яркости, когда горячие газы выбрасываются наружу. Но для сверхновой взрыв является катастрофическим и означает конец жизни звезды.

На месте сверхновой звезды 1667 года тоже имеется неправильная волокнистая газовая туманность, являющаяся мощным источником радиоизлучения (Кассиопея А).

24 февраля 1987 г. наблюдалась вспышка сверхновой звезды в Большом Магеллановом Облаке. За двое суток блеск этой звезды увеличился от 15 m до 4 m, т.е., ее светимость возросла в 25 тыс. рaз! Сброшенная звездой оболочка расширялась со скоростью около 16 000 км/с.

Остаток SN 1987A, наложение снимков в разных диапазонах спектра.

Остаток SN 1987A, снимок телескопа «Хаббл», опубликованный 19 мая 1994 года.

Во время максимума вспышки сверхновых звезд их светимость может в десятки миллиардов раз превышать светимость Солнца. Мощность взрыва настолько велика, что вещество разрушенной звезды разбрасывается во все стороны со скоростью от 5000 до 20 000 км/с.

До 1930 годов термин «Сверхновая» не использовался. Впервые он был использован Уолтером Бааде и Фрицем Цвикки в обсерватории Маунт-Вильсон, которые использовали его в связи с наблюдаемым ими взрывным событием, названным S Andromedae (также известным как SN 1885A). Взрыв был расположен в галактике Андромеда. Они также предположили, что сверхновые происходят, когда обычные звезды коллапсируют в нейтронные звезды.

До сих пор существует путаница между новыми и сверхновыми. Одни источники все взрывы звезд классифицируют как сверхновые, присваивая им типы II, Iа, Ib, Ic. Другие тип Iа относят именно к новым звездам, а сверхновые звезды делят на I и II тип.

И все-таки термин «новая» большинство ученых на сегодняшний день считают устаревшим. Произошла эволюция наименования и все подобные взрывы во Вселенной стали называть сверхновыми звездами.

Различия между ними в том, что:

• в одних случаях это термоядерный взрыв на поверхности небольшой плотной звезды, белого карлика. Вспышки могут повторяться, если на белый карлик перетекает богатое водородом вещество с соседней звезды в двойной системе.
• в других случаях — катастрофический коллапс ядра массивной звезды с полным разрушением окружающих его слоев.

В первом случае вспышка говорит о рождении новой звезды, а во втором — знаменует гибель звезды.

Современным астрономам еще ни разу не доводилось наблюдать появление сверхновых в нашей галактике. Каждый год ученые наблюдают до 60 сверхновых, происходящих в других галактиках. Наиболее ближайшая SN 1987A произошла в 1987 в Большом Магеллановом Облаке, в одном из спутников Млечного Пути.

Остаток сверхновой SN 1604, композиция изображений в видимом, инфракрасном и рентгеновском диапазоне в условных цветах, сделанных телескопами «Хаббл», «Спитцер» и «Чандра»

SN 1572 — сверхновая звезда в нашей Галактике, вспыхнувшая осенью 1572 года в созвездии Кассиопеи

Она до сих пор изучается астрономами. Ученые могут видеть, как развивается сверхновая в первые несколько десятилетий после взрыва-вспышки. События, предшествующие ей, почти никогда не наблюдались, поэтому природа сверхновых до сих пор во многом остаётся загадочной.

Как они рождаются

Рождение сверхновой – это не что иное, как звездный взрыв. Другими словами, она и есть взрыв звезды. Наверное, самый мощный из известных людям. Он за короткое время фактически затмевает всю галактику, в которой происходит.

Как только происходит взрыв, излучается энергия. Ее количество при взрыве одной сверхновой равно количеству энергии, которое излучало наше Солнце и которую светило будет излучать до конца своей жизни.

Новые вспышки являются термоядерными взрывами, происходящим в некоторых тесных звездных системах, состоящих из белого карлика и более крупной звезды-компаньона (звезды главной последовательности, субгиганта или гиганта).

Тяготение белого карлика настолько сильное, что притягивает вещество из звезды-компаньона, в результате чего вокруг него образуется аккреционный диск. Термоядерные процессы, происходящие в аккреционном диске, временами теряют стабильность и приобретают взрывной характер.

В результате подобного взрыва яркость звездной системы увеличивается в тысячи, а чаще даже в сотни тысяч раз. Так происходит рождение новой звезды. Тусклый, а то и невидимый до этого момента для земного наблюдателя объект приобретает заметную яркость. Своего пика такая световая вспышка достигает за несколько дней, а затухать может годами.

Типы

В науке принято делить сверхновые звезды на 2 спектральных класса:

Особую категорию сверхновых составляет вспышки Ia класса. Это единственный класс сверхновых звезд, который может происходить в эллиптических галактиках. Такая особенность говорит о том, что эти вспышки не являются продуктом смерти сверхгигантов.

Сверхгиганты не доживают до того момента, как их галактики «состарятся» и станут эллиптическими. Также все вспышки этого класса имеют практически одинаковую яркость. Благодаря этому сверхновые Ia типа являются «стандартными свечами» Вселенной.

Они возникают по отличительно иной схеме, одна из которых предполагает, что они также зарождаются в тесной системе белого карлика и его звезды-компаньона. Но в отличие от новых звезд, здесь происходит детонация иного, более катастрофического типа.

По мере «пожирания» своего компаньона, белый карлик увеличивается в массе, пока не достигнет предела Чандрасекара, равного примерно 1,38 солнечной массы. Этот предел является верхней границей массы белого карлика, после которого он превращается в нейтронную звезду.

Какие звезды становятся сверхновыми

На то, что звезда вскоре станет сверхновой, указывают 2 признака:

• Масса

Если звезда одиночная, то это главный признак. Практически каждая звезда с массой, превышающей солнечную в 10–15 раз, неизбежно потеряет устойчивость и взорвется как сверхновая. Ядра таких звезд, исчерпав, водород, переходят к термоядерным реакциям с участием гелия.

Исчерпав гелий, ядро переходит к синтезу всё более тяжелых элементов. В недрах звезды создаётся всё больше слоёв, в каждом из которых происходит свой тип термоядерного синтеза. В конечной стадии своей эволюции такая звезда превращается в «слоёный» сверхгигант. В его ядре происходит синтез железа, тогда как ближе к поверхности продолжается синтез гелия из водорода.

Однако сверхмассивная звезда может перейти с относительно слабой вспышкой в черную дыру.

• 

  Двойственность

Если белый карлик, маленький по размеру, но не очень маленький по массе — ведь чем он массивнее, тем меньше его размер, — оказывается в паре со звездой даже слабее нашего Солнца или с другим белым карликом, то они неизбежно сольются и дадут мощный термоядерный взрыв.

По физике взрыва сверхновые делятся на два вида: коллапсирующие сверхновые, которые, помимо света, дают гораздо более мощный поток нейтрино, и те, что дают термоядерные взрывы. Знаменитые сверхновые Тихо Браге и Кеплера — термоядерные.

Нам известно это по спектру, который японские и немецкие ученые смогли получить спустя 400 с лишним лет после взрыва сверхновой Тихо Браге. Они проанализировали вспышку от сверхновой, которая осветила некоторую пылевую туманность, рассеявшую этот свет, и обнаружили четкий спектр термоядерной сверхновой.

Частые вопросы

Видео-обзор научных фактов