Сверхновая (или во множественном числе – сверхновые) – это взрыв массивной звезды. Это чрезвычайно важная деталь в понимании нашей галактики. Сверхновые нагревают межзвездную среду, распределяют тяжелые элементы и производят космические лучи.
Существует два типа сверхновых – те, которые возникают у одной массивной звезды, и те, которые возникают из-за переноса массы на белого карлика в двойной системе. Однако разница между двумя типами сверхновых заключается только в том, что именно запускает процесс, ведущий к взрыву.
Сверхновые от одиночных массивных звезд
Звезды, в 8 или более раз массивнее Солнца, заканчивают свою жизнь самым впечатляющим образом; они превращаются в сверхновые.
Взрыв сверхновой происходит, когда в ядре звезды больше не хватает топлива поддерживающего ядерный синтез, который сопротивляется гравитационному притяжению огромной массы звезды.
Сначала звезда превращается в красного гиганта, по крайней мере, снаружи. Внутри ядро сжимается, становясь все плотнее и горячее. В нем начинают происходить серии ядерных реакций, временно останавливающих распад ядра.
Но только временно.
Когда ядро содержит, по сути, только железо, ему больше нечего сплавлять. Слияние в ядре прекращается. (Из-за своей структуры сплавление железа больше не приводит к получению чистой энергии и звезда начинает разрушаться.)
Менее чем за секунду звезда входит в заключительную фазу гравитационного коллапса. Температура ядра поднимается более чем до 100 миллиардов градусов, атомы железа сжимаются, сила отталкивания между ядрами преодолевается силой тяжести.
Итак, ядро сжимается, но затем отскакивает. Энергия отдачи передается оболочке звезды, которая затем взрывается и создает ударную волну.
Когда ударная волна сталкивается с материалом во внешних слоях звезды, материал нагревается, сплавляясь с образованием новых элементов и радиоактивных изотопов. Затем удар выбрасывает эту материю в космос. Материал, который оторвался от звезды, теперь известен как остаток сверхновой.
Все, что осталось от первоначальной звезды, – это маленькое сверхплотное ядро, почти полностью состоящее из нейтронов – нейтронная звезда. Или, если исходная звезда действительно очень массивна (скажем, в 15 или более раз больше массы Солнца), даже нейтроны не могут пережить коллапс ядра … и образуется черная дыра.
Горячий материал, выделяемый сверхновой, радиоактивные изотопы и свободные электроны, движущиеся в сильном магнитном поле нейтронной звезды… все эти вещи производят рентгеновские и гамма-лучи.
Эти фотоны высокой энергии используются астрофизиками для изучения явлений нейтронных звезд и сверхновых.
Белый карлик становится термоядерным
Другой тип сверхновой включает внезапный взрыв белого карлика в двойной звездной системе. Белый карлик является конечной точкой для звезд, в 8 раз превышающих размеры Солнца. Оставшийся белый карлик имеет массу, в 1,4 раза меньшую массы Солнца, и размером примерно с Землю.
В двойной звездной системе звезда-компаньон белого карлика часто является красным гигантом. Звезды могут быть достаточно близко друг к другу, а красный гигант достаточно велик, чтобы вещество могло перетекать с красного гиганта на белого карлика.
Если падающее вещество от звезды-компаньона приведет к тому, что масса белого карлика приблизится к массе, в 1,4 раза превышающей массу Солнца, давление в центре превысит порог, при котором ядра углерода и кислорода начнут бесконтрольно сливаться. Это приводит к термоядерному взрыву всей звезды. Ничего не осталось, кроме тех элементов, которые остались от белого карлика или образовались при взрыве сверхновой. Среди новых элементов – радиоактивный никель, который выделяет огромное количество энергии, включая видимый свет. Эволюция этих сверхновых, как правило, одинакова.
