Реализуемый на компьютере эксперимент в котором моделируется рождение сверхновой звезды называется
Обновлено: 07.07.2024
Исследователи из университета в Кардиффе обнаружили широкий перечень молекул на месте взрыва сверхновой звезды SN 1987A.
Две молекулы, монооксид серы (SO) и формилий (HCO+), ранее никогда не обнаруживались. И были открыты лишь сейчас, когда место взрыва SN 1987A достаточно охладилось. Она вспыхнула в галактике-спутнике Млечного Пути Большом Магеллановом облаке, расположенном на расстоянии 163 000 световых лет от нас, в 1987 году.
Наряду с недавно идентифицированными молекулами, наблюдались также ранее обнаруженные оксид кремния (SiO) и оксид углерода (CO). По оценкам исследователей, около одной тысячной доли атомов кремния от взрыва звезды можно найти в молекулах SiO, и несколько частей из миллиона углеродных атомов содержатся в HCO +.
Художественное представление взрыва сверхновой SN 1987A. Фото: A. Angelich Художественное представление взрыва сверхновой SN 1987A. Фото: A. AngelichРаньше учёные думали, что при взрыве сверхновой уничтожаются все молекулы, которые, возможно, были до взрыва.
Однако неожиданно обнаруженные молекулы позволяют сделать заключение, что смерть звезды способна привести к образованию молекул в условиях чрезвычайно низких температур, которые аналогичны условиям, наблюдаемым в областях звёздообразования.
Ведущий исследователь профессор Микако Мацуура из университета в Кардиффе сказал: «Наши результаты показали, что когда газ, оставшийся от сверхновой, начинает охлаждаться до температуры ниже 200 градусов Цельсия, многие синтезируемые тяжелые элементы могут начать содержать в себе богатые молекулы, создавая фабрику пыли. И что самое удивительное, это то, что эта фабрика богатых молекул обычно находится в условиях, когда рождаются звезды».
Исследователи сделали свои открытия с помощью Атакамской большой миллиметровой и субмиллиметровой матрице (ALMA), исследуя место взрыва сверхновой SN 1987A с высоким разрешением.
Астрономы начали изучать сверхновую SN 1987A с момента ее открытия, более 30 лет назад. Способность ALMA наблюдать в миллиметровых длинах волн, области электромагнитного спектра между инфракрасным и радиоизлучением, дала возможность видеть сквозь межзвёздный газ и пыль, а также оценить количество и расположение новых молекул.
Искусственное трехмерное изображение остатка сверхновой SN 1987A. Фото: NASA / ESO / R. Indebetouw Искусственное трехмерное изображение остатка сверхновой SN 1987A. Фото: NASA / ESO / R. IndebetouwПрофессор Майк Барлоу из Университетского колледжа Лондона , один из членов группы, участвовавший в наблюдениях, прокомментировал исследование: «Обнаружение таких молекул, как монооксид кремния в остатке сверхновой, позволили впервые измерить отношения изотопного содержания в материале сверхновой, что позволяет проводить сравнение с моделями взрывных ядерных реакций, происходящих в таких сверхновых».
Хорошо известно, что массивные звезды, масса которых более чем в 10 раз превышает массу нашего Солнца, заканчивают свою жизнь впечатляющим образом. Когда у такой звезды заканчивается топливо и больше не хватает энергии, чтобы сопротивляться силе собственной гравитации, внешние границы звезды, когда-то поддерживаемые силой ядерного синтеза, обрушиваются на ядро с огромной силой. Отскок от этого обрушения вызывает мощный взрыв, который выбрасывает материал в космос.
Профессор Пат Рош, еще один член группы из Оксфордского университета, сказал, что он был очень взволнован, увидев наблюдения ALMA. Они отслеживают излучение холодных молекул монооксида кремния и оксида углерода почти через 30 лет после того, как он впервые обнаружил теплый SiO2 в инфракрасном диапазоне длин волн, когда остаток сверхновой был еще очень компактным, горячим и молодым.
Профессор Рош добавил: «Детальная структура, наблюдаемая в молекулярном газе, помогает уточнить наше понимание взрывов сверхновых и образования молекул пыли и тяжелых элементов в выброшенном материале, когда он летит через межзвездное пространство, чтобы в конечном итоге быть переработанным в новые звезды, планеты и другие астрономические тела».
Основываясь на своих текущих открытиях, команда надеется использовать ALMA, чтобы точно выяснить, насколько многочисленны молекулы HCO + и SO, и увидеть, есть ли в остатках сверхновой другие молекулы, которые еще предстоит обнаружить.
Подписывайтесь на канал Глубины космоса , будет много интересного!
Благодаря удачному стечению обстоятельств астрономам впервые удалось наблюдать вспышку сверхновой (2008D) с самого начала. Уникальные наблюдения описываются в статье в журнале Nature.
Вспышки сверхновых – один из самых важных процессов в космосе – достаточно хорошо изучены, однако наблюдения за сверхновыми типа 2008D всегда начинались с опозданием на несколько дней или часов. Чтобы наблюдать вспышку с самого начала, надо заранее определить, где она произойдет, и навести телескопы на соответствующий участок неба, что практически невозможно.
В январе 2008 года группа астрономов под руководством Алисии Содерберг (Alicia Soderberg) из Принстонского университета изучала при помощи орбитального телескопа "Свифт" сверхновую 2007uy, вспыхнувшую в галактике NGC 2770 примерно за месяц до того. 9 января "Свифт" неожиданно зарегистрировал очень мощный рентгеновский всплеск длительностью около 400 секунд в той же галактике. Предположив, что это начало вспышки еще одной сверхновой, группа Содерберг немедленно переключилась на него и оповестила коллег по всему миру. В итоге наблюдением занимались 43 ученых из 27 учреждений.
Наблюдения показали, что всплеск действительно соответствовал началу вспышки сверхновой (которой было дано название 2008D), относящейся к типу Ibc. Такие сверхновые вспыхивают при коллапсе массивных звезд, потерявших до того свою водородную оболочку. В звезде заканчивается топливо для термоядерной реакции и под действием собственной гравитации ядро коллапсирует в нейтронную звезду (или черную дыру). Внешние слои звезды сбрасываются в окружающее пространство со скоростью около одной десятой скорости света, образуя ударную волну. При этом выделяется огромное количество энергии.
Группа Содерберг получила первое экспериментальное подтверждение тому, что вспышки сверхновых такого типа сопровождаются мощным рентгеновским выбросом. 2008D, подробные наблюдения за которой продолжались месяц, стала одной из наиболее полно изученных сверхновых. Никаких неожиданных открытий сделано не было. По некоторым теориям, вспышки таких сверхновых должны сопровождаться гамма-всплеском, однако гамма-всплесков не происходило.
Еще одна статья, посвященная исследованию SN 2008D, подана в журнал The Astrophysical Journal. Ведущий автор Марьям Модьяз (Maryam Modjaz) из Калифорнийского университета в Беркли и ее коллеги наблюдали за сверхновой с помощью нескольких телескопов более ста дней.
Спустя сотни лет в записях китайских и арабских астрономов от 1054 года также встречаются упоминания о появлении яркой звезды на небосводе, свет которой и днем и ночью в течение трех недель удивлял наблюдателей.
Но древние люди, наблюдая за ярким свечением, даже предположить не могли, что яркая вспышка на небе – это не рождение новой звезды, а смерть старого, отжившего свой век, небесного тела, в котором прекратились термоядерные реакции и под влиянием собственных гравитационных сил произошел большой взрыв, который был виден за десятки световых лет. Для систем,находящихся поблизости, это катастрофа, несущая гибель в радиусе 50 световых лет. Ведь энергия взрыва достигает 1046 Дж, а температура сверхновых звезд – 100 миллиардов градусов!
Отличия новой и сверхновой
Древние наблюдатели не задумывались о том, что яркое небесное тело на небосклоне может быть итогом разных процессов. Священный трепет и невозможность заметить разницу без специального оборудования не позволяли постичь это знание. И лишь с появлением телескопов различия были обнаружены. Оказалось, что то, что мы называем новой или сверхновой звездой – это не сама звезда, а всего лишь ее взрыв.
И хотя названия похожи, процессы, происходящие при этих астрономических явлениях, имеют довольно значительные отличия.
Чтобы лучше понять, что же происходит на бескрайних просторах Вселенной, вспомним начала астрономии по учебнику «Астрономия. 10-11 классы» под редакцией Воронцова-Вельяминова.
Вспышка сверхновой звезды
Во время жизни огненного светила происходит непримиримая борьба между разнонаправленными силами. К центру звездной массы сжимает звезду изо всех сил гравитация, стараясь превратить огненный огромный шар в футбольный мячик. Термоядерные реакции, кипящие в толще звездных масс и на поверхности, стараются разорвать светило на мелкие кусочки.
В толще юной звезды запасы водорода огромны, и благодаря постоянно протекающим реакциям образования гелия из атомов водорода, силы гравитации и термоядерных реакций находятся в относительном равновесии.
Но ничто не вечно, и за пару-тройку миллиардов лет запасы водорода истощаются и некогда активная звезда стареет. Ядро становится комком раскаленного гелия, по краям которого выгорает водород. В предсмертных конвульсиях догорают последние запасы водорода и вот уже небесное светило не в силах противостоять собственной гравитации.
Звезда сжимается и уменьшается в несколько сотен тысяч раз. И единовременно практически весь запас звездной энергии высвобождается наружу. Последний вздох умирающей звезды – яркая вспышка взрыва , что в летописях и трактатах наблюдатели-астрономы описывают как рождение сверхновой.
Взрыв неимоверной мощи по яркости превосходит светимость целой галактики, а тяжелые элементы космический ветер разносит по межзвездному пространству. Из остатков звезды образуются новые планеты в звездных системах, расположенных в сотнях световых лет от места, где произошла космическая трагедия.
Железо, алюминий и другие металлы на нашей планете – и есть остатки некогда погибшей сверхновой звезды. После взрыва звезда превращается в нейтронную звезду или черную дыру, в зависимости от ее первоначальной массы. Процессы, происходящие на поверхности звезды, описаны на странице 168 «Астрономия. 10-11 классы» под редакцией Воронцова-Вельяминова.
В зависимости от типа погибшей звезды выделяют:
При взрыве сверхновой звезда погибает навсегда, превращаясь либо в черную дыру, либо в нейтронную звезду.
Взрыв новой – зрелище не менее впечатляющее (ведь светимость ничем не примечательного небесного тела увеличивается от 50 тысяч до 100 тысяч раз), но более частое. Обычно это происходит в системе из двух звезд, в которой одна планета значительно старше и в своем возрасте находится на главной последовательности или перешла в стадию красного гиганта и уже успела заполнить свою полость Роша, а вторая звезда – белый карлик. В результате тесного взаимодействия на белый карлик от гигантской соседки через окрестности точки Лагранжа L1 перетекает газ, содержащий до 90% водорода.
Полученное карликом вещество формирует вокруг меньшей звезды аккреционный диск. Скорость аккреции на белый карлик – постоянная величина, и, зная параметры звезды-компаньона и отношение масс звёзд-компонентов двойной системы, это значение можно рассчитать.
Но жадность еще никого до добра не доводила, и когда водорода вокруг белого карлика становится в избытке, происходит взрыв невероятной силы, а если масса белого карлика достигает 1.4 солнечной, происходит необратимый взрыв сверхновой.
Если подвести итог сказанному выше, новой звездой называют взрыв в результате термоядерных реакций на поверхности небольшой плотной звезды. А в результате взрыва сверхновой происходит сжатие ядра огромной звезды, по своей массе в десятки раз больше чем Солнце, с полным уничтожением окружающих звезду слоев.
И, как иногда шутят астрономы, «Мне не дано знать, был ли распят Христос за меня, но я точно уверен, что мое тело создано из остатков сотен звезд».
«Открылась бездна звезд полна»: наблюдаем космические объекты 5 новых удивительных открытий, связанных с черными дырамиКрабовидная туманность, которую с помощью космических телескопов мы можем наблюдать на потрясающих воображение снимках космоса, и есть та самая таинственная сверхновая, которую описывали наблюдатели в арабских странах и Китае в 1054 году.
Но такое везение выпало не только на долю древних астрономов.
В феврале 1987 года астрономы зафиксировали яркую вспышку в Большом Магеллановом Облаке – галактике, расположенной всего в 168 тысячах световых лет от Солнечной системы. Поскольку это была первая сверхновая, которую зафиксировали в 1987 году, она получила название – SN 1987A.
Любителям астрономии в южном полушарии повезло. Несколько недель яркое небесное тело с блеском 4-звездной величины было доступно для наблюдения невооруженным глазом.
Это была первая сверхновая на таком близком расстоянии, которая взорвалась после изобретения телескопа. И благодаря современному оборудованию ученые смогли изучить фотометрические и спектральные характеристики, и вот уже более тридцати лет астрономы наблюдают за превращением сверхновой в расширяющуюся газовую туманность.
Рождение сверхновой звезды
Современные ученые официально предсказывают, что в 2022 году невооруженным взглядом астрономы Земли смогут наблюдать за ярчайшим взрывом сверхновой. На расстоянии 1800 световых лет от нашей голубой планеты, в созвездии Лебедя, катастрофа настигнет тесную двойную систему KIC 9832227.
Пожалуй, это будет первый в истории эпизод, когда ученые-астрономы будут наблюдать, прильнув к окулярам телескопов, за катастрофой во всеоружии, однако не в силах ее предупредить. Яркая вспышка сверхновой будет видна на небе в созвездии Лебедя и Северного креста.
Методические советы
Воспользуйтесь интерактивным приложением для атласа по астрономии, чтобы закрепить теорию на практике и с пользой провести остаток урока.
Благодаря удачному стечению обстоятельств астрономам впервые удалось наблюдать вспышку сверхновой (2008D) с самого начала. Уникальные наблюдения описываются в статье в журнале Nature.
Вспышки сверхновых – один из самых важных процессов в космосе – достаточно хорошо изучены, однако наблюдения за сверхновыми типа 2008D всегда начинались с опозданием на несколько дней или часов. Чтобы наблюдать вспышку с самого начала, надо заранее определить, где она произойдет, и навести телескопы на соответствующий участок неба, что практически невозможно.
В январе 2008 года группа астрономов под руководством Алисии Содерберг (Alicia Soderberg) из Принстонского университета изучала при помощи орбитального телескопа "Свифт" сверхновую 2007uy, вспыхнувшую в галактике NGC 2770 примерно за месяц до того. 9 января "Свифт" неожиданно зарегистрировал очень мощный рентгеновский всплеск длительностью около 400 секунд в той же галактике. Предположив, что это начало вспышки еще одной сверхновой, группа Содерберг немедленно переключилась на него и оповестила коллег по всему миру. В итоге наблюдением занимались 43 ученых из 27 учреждений.
Наблюдения показали, что всплеск действительно соответствовал началу вспышки сверхновой (которой было дано название 2008D), относящейся к типу Ibc. Такие сверхновые вспыхивают при коллапсе массивных звезд, потерявших до того свою водородную оболочку. В звезде заканчивается топливо для термоядерной реакции и под действием собственной гравитации ядро коллапсирует в нейтронную звезду (или черную дыру). Внешние слои звезды сбрасываются в окружающее пространство со скоростью около одной десятой скорости света, образуя ударную волну. При этом выделяется огромное количество энергии.
Группа Содерберг получила первое экспериментальное подтверждение тому, что вспышки сверхновых такого типа сопровождаются мощным рентгеновским выбросом. 2008D, подробные наблюдения за которой продолжались месяц, стала одной из наиболее полно изученных сверхновых. Никаких неожиданных открытий сделано не было. По некоторым теориям, вспышки таких сверхновых должны сопровождаться гамма-всплеском, однако гамма-всплесков не происходило.
Еще одна статья, посвященная исследованию SN 2008D, подана в журнал The Astrophysical Journal. Ведущий автор Марьям Модьяз (Maryam Modjaz) из Калифорнийского университета в Беркли и ее коллеги наблюдали за сверхновой с помощью нескольких телескопов более ста дней.
Читайте также: