برای کسانی که برای تماشای ویدیو تنبل هستند:

هنگامی که یک ستاره عظیم می میرد، مانند یک ابرنواختر فوران می کند. در مدت زمان کوتاهی به طرز باورنکردنی روشن می شود. اما دقیقاً چه چیزی باعث این پدیده می شود؟ برای مدت طولانی این یک راز باقی ماند. دانشمندان نمی توانند درون یک ستاره را نگاه کنند، بنابراین تنها پاسخ به این سوال، شبیه سازی یک انفجار با استفاده از یک ابر کامپیوتر است.

آغاز از همان پایان چرخه زندگی ستاره گرفته شده است: با مصرف تمام هیدروژن، شروع به کاهش می کند. یک هسته آهنی در مرکز آن تشکیل می شود که ماده در آن تحت تأثیر گرانش از بین می رود. و یک ستاره نوترونی در هسته تشکیل شده است، به اندازه یک شهر است، اما حاوی ماده بیشتری از خورشید است.

فیزیکدانان معتقدند که ماده در حال فروپاشی به مرکز برخورد می کند و موج ضربه ای عظیمی را ارسال می کند که به بیرون پرتاب می کند، اما با مواد در حال فروپاشی بیشتری در مسیر خود برخورد می کند و نمی تواند از هسته خارج شود.

بی نظمی های کوچک در سطح ماده می توانند به سرعت به ارتعاشات عظیم تبدیل شوند. آنها خود را در این واقعیت نشان می دهند که ماده مانند یک مایع به دور ستاره نوترونی می لغزد. در همین حال، نوترینوها - ذرات تشکیل شده در یک ستاره نوترونی، ماده اطراف را به شدت گرم می کنند و باعث فوران آن می شوند. گرمای شدید نوترینو به اضافه فشار ماده متحرک موج ضربه را جابجا می کند. موج شتاب می گیرد و ستاره منفجر می شود. و اگرچه خود انفجار کمتر از نیم ثانیه طول می کشد، موج ضربه ای ممکن است تا یک روز طول بکشد تا به سطح ستاره برسد.

درک این فرآیند به ستاره شناسان کمک می کند تا اسرار دیگری از جهان را کشف کنند. به عنوان مثال، اتم های عناصر شیمیایی در چنین انفجارهایی از کجا می آیند، که برای تشکیل ستاره ها و سیارات جدید بسیار مهم هستند. دانشمندان بر این باورند که آخرین ابرنواختر در حدود سال 1870 در کهکشان ما ظاهر شد. اما معمولاً چنین اتفاقاتی دو بار در قرن رخ می دهد.

بوم شناسی زندگی: یک ستاره می تواند به طرق مختلف بمیرد، اما معمولا مردم فکر می کنند که ستاره ها منفجر می شوند. اصطلاح "ابر نواختر" انفجارهایی را توصیف می کند که با آزاد شدن مقدار زیادی انرژی در لحظه ای که ستاره های خاصی به مرحله خاصی از رشد می رسند، می گویند.

یک ستاره می تواند به طرق مختلف بمیرد، اما معمولا مردم فکر می کنند که ستاره ها منفجر می شوند.

اصطلاح "ابر نواختر" انفجارهایی را توصیف می کند که با آزاد شدن مقدار زیادی انرژی در لحظه ای که ستارگان خاصی به مرحله خاصی از رشد می رسند، می گویند. ابرنواخترها می توانند درخشان تر از کل کهکشان ها بدرخشند و همه چیز را در فاصله صد سال نوری از ما نابود کنند. اما ابرنواخترها فقط پدیده های طبیعی شگفت انگیز نیستند. اینها مهمترین پدیده های ضروری برای توسعه ماده پیچیده از جمله حیات هستند.

جستجو برای ابرنواخترها توسط ستاره شناسان

بیایید با چگونگی ایجاد ابرنواخترها شروع کنیم. هنگامی که گاز کافی در یک مکان جمع می شود، جرم آن شروع به ایجاد یک اثر گرانشی می کند که در مرکز ابر متمرکز شده است. وقتی فشار از حد معینی فراتر رفت، اتم های هیدروژن در مرکز کره شروع به همجوشی می کنند و گاز را مشتعل می کند و آن را به ستاره تبدیل می کند. اما در طول زندگی یک ستاره و سوزاندن آن، یک واکنش متقابل بین فشار واکنش دما، به سمت بیرون، و انقباض گرانشی به سمت داخل وجود دارد.

در طی میلیاردها سال احتراق، فشار بیرونی کاهش می‌یابد، در حالی که نیروی گرانش تقریباً یکسان می‌ماند. بنابراین، هنگامی که ستارگان کوچک و متوسط ​​سرد می شوند، گرانش شروع به پیروزی در آنها می کند - اما از آنجایی که این ستارگان خیلی بزرگ نیستند، گرانش به چیزی جز نگه داشتن ماده در کنار هم منجر نمی شود. چنین ستاره ای که به طور ایمن خنک شده است، کوتوله سفید نامیده می شود. حد جرم مورد نیاز برای وقوع یک ابرنواختر، حد چاندراسخار نامیده می شود و حدود 1.4 جرم خورشید است. اگر ستاره کوچکتر باشد، با آرامش خاموش می شود.

ابرنواخترها به قدری درخشان هستند که حتی در پس زمینه کهکشان ها نیز خودنمایی می کنند

در همان زمان، یک کوتوله سفید هنوز هم می تواند در پایان عمر خود مشتعل شود. در اصل، چنین ستاره هایی می توانند دوباره شعله ور شوند. می تواند جرم کافی را به سمت خود بکشد تا فشار در مرکز به طور چشمگیری افزایش یابد و همجوشی کربن آغاز شود. سپس یک واکنش همجوشی ناپایدار آغاز می شود که منجر به انفجار می شود.

یا، اگر هسته یک کوتوله سفید عمدتاً از نئون تشکیل شده باشد، هسته آن فرو می ریزد، که همچنین منجر به انفجار می شود - اما تنها پس از آن که ستاره نوترونی باقی می ماند. این تقریباً همیشه در سیستم های دوتایی که در آن یک ستاره با مکیدن ماده از شریک خود به حد چاندراسخار نزدیک می شود، صادق است. از آنجایی که ستاره شناسان نمی توانند محتویات هسته یک ستاره را بررسی کنند، نمی دانند کدام یک از این دو مسیر را طی خواهد کرد.

ستارگان با جرم بیشتر از 1.4 خورشید چرخه زندگی متفاوتی دارند. غول سرخ به آرامی می سوزد، در حالی که گرانش آن به اندازه ای قوی است که باعث فروپاشی هسته و انفجار ابرنواختر شود. ستارگانی با جرم 1.4 تا 3 خورشیدی به ستاره های نوترونی فرو می ریزند.

ستارگان سنگین تر نیز فرو می ریزند، اما تا زمانی که به سیاهچاله تبدیل نشوند متوقف نمی شوند. این یک رویداد نسبتا نادر است. اگرچه تعداد زیادی سیاهچاله در کیهان وجود دارد، اما آنها بسیار کوچکتر از انواع دیگر بقایای ستاره ای هستند.

ابرنواخترها می توانند به روش های دیگری نیز ظاهر شوند. برای مثال، در حالی که بیشتر کوتوله‌های سفید به آرامی جرم می‌گیرند، برخی از ستاره‌ها می‌توانند به سرعت افزایش جرم پیدا کنند (مثلاً از برخورد با ستاره‌ای دیگر) و به سرعت بر محدودیت چاندراسخار غلبه کنند - آنقدر سریع که زمانی برای شروع فروپاشی ندارند.

ابرنواخترها کاربردهای مختلفی برای نجوم دارند. به عنوان مثال، ابرنواخترهای نوع Ia (کوتوله سفیدی که همجوشی کربن را انجام داده است) سیگنال های یکنواخت را به فضا ارسال می کنند. بنابراین، آنها را "شمع های استاندارد" نامیده اند، زیرا آنها به عنوان استانداردی برای دانشمندان برای اندازه گیری های نوری عمل می کنند. درست است، مطالعات اخیر نشان می دهد که این شمع ها آنطور که قبلا تصور می شد استاندارد نیستند.

اما در مورد این واقعیت بود که ابرنواخترها نه تنها پدیده های جالب و مفیدی هستند. برای تولید عناصر سنگین تر از کربن و نئون، ستارگان معمولی مناسب نیستند. فقط ابرنواخترها، ستارگان در حال مرگ می توانند از عهده این کار برآیند.

تقریباً هر چیزی که با آن سر و کار داریم توسط ستاره در آخرین لحظات زندگی اش دور ریخته شد. زمین مجموعه ای سنگی از بقایای است که توسط یک ابرنواختر به بیرون پرتاب می شود. و همچنین تمام دنباله دارها، سیارک ها و هر چیز دیگری که از ماده سنگین تری تشکیل شده است. و ما خودمان، متشکل از ماده گرفته شده روی زمین، از بقایای یک ابرنواختر به وجود آمده ایم. منتشر شده

انفجار ابرنواختر

اکنون به پدیده می پردازیم ابرنواختر- یکی از باشکوه ترین پدیده های کیهانی. به طور خلاصه، یک ابرنواختر یک انفجار واقعی یک ستاره است، زمانی که بیشتر جرم آن (یا حتی تمام آن) با سرعت 10 هزار کیلومتر در ثانیه به فضا پرتاب می شود و قسمت مرکزی باقی مانده فرو می ریزد (جمع می شود). به یک ستاره نوترونی فوق متراکم یا حتی به یک سیاهچاله. ابرنواخترها نقش اساسی در تکامل ستارگان ایفا می کنند، به عنوان زندگی "نهایی" ستارگان با جرم بیش از 8-10 جرم خورشید، تولد ستاره های نوترونی و سیاهچاله ها و غنی سازی محیط بین ستاره ای با عناصر شیمیایی سنگین (تقریبا همه). عناصر شیمیایی سنگین‌تر از اکسیژن زمانی در جریان انفجار برخی از ستاره‌های پرجرم تشکیل شدند.

آیا این کلید ولع ابدی بشریت برای ستاره ها نیست؟ در واقع، در کوچکترین خون ماده زنده اتم های آهن وجود دارد که هر یک از آنها در هنگام مرگ یک ستاره عظیم ساخته شده است، و از این نظر مردم شبیه آن آدم برفی از افسانه G.-Kh هستند. اندرسن، که عشق غیرقابل توضیحی به اجاق گاز داغ داشت، زیرا بر اساس پوکر بود ...). ابرنواخترها با توجه به ویژگی های قابل مشاهده خود، معمولاً به 2 کلاس بزرگ تقسیم می شوند: ابرنواخترهای نوع 1 و 2.

در طیف ابرنواختر نوع 1هیچ خط هیدروژنی وجود ندارد، وابستگی روشنایی آنها به زمان (به اصطلاح منحنی نور) تقریباً از ابرنواختر به ابرنواختر تغییر نمی کند، درخشندگی در حداکثر روشنایی تقریباً یکسان است. ابرنواختر نوع 2برعکس، طیف نوری غنی از خطوط هیدروژنی دارند، شکل منحنی های نور آنها بسیار متنوع است و حداکثر روشنایی برای ابرنواخترهای مختلف بسیار متفاوت است. برای تکمیل تصویر تفاوت بین این نوع ابرنواخترها، اشاره می کنیم که فقط ابرنواخترهای نوع 1 در کهکشان های بیضوی شعله ور می شوند (یعنی کهکشان های بدون ساختار مارپیچی با سرعت تشکیل ستاره کاهش یافته، که ترکیب اصلی آنها کم جرم است. ستاره‌های قرمز)، در حالی که در کهکشان‌های مارپیچی (از جمله کهکشان راه شیری ما)، هر دو نوع ابرنواختر رخ می‌دهند، و مشخص شده است که ابرنواخترهای نوع 2 در بازوهای مارپیچی کهکشان‌ها متمرکز شده‌اند، جایی که فرآیند فعال تشکیل ستاره وجود دارد. و بسیاری از ستاره های جوان پرجرم.

این ویژگی های پدیدارشناختی ماهیت متفاوت دو نوع ابرنواختر را نشان می دهد. اکنون به طور قابل اعتماد ثابت شده است که انفجار هر ابرنواختری همیشه تقریباً همان مقدار (غول!) انرژی 10 53 erg را آزاد می کند که مربوط به انرژی اتصال باقیمانده فشرده حاصل است (به یاد بیاورید که انرژی اتصال یک ستاره مطابق با مقدار انرژی که باید صرف شود تا "ماده یک ستاره را در فاصله بی نهایت اسپری کند). انرژی اصلی انفجار نه توسط فوتون ها، بلکه توسط یک نوترینو - یک ذره نسبیتی با جرم بسیار کوچک یا اصلاً بدون جرم (این موضوع به طور فعال در 10-20 سال گذشته در قوی ترین شتاب دهنده های ذرات مورد مطالعه قرار گرفته است. از آنجایی که چگالی بالای فضای داخلی ستاره ها اجازه نمی دهد فوتون ها آزادانه ستاره را ترک کنند و نوترینوها به شدت ضعیف با ماده برهمکنش می کنند (آنطور که می گویند سطح مقطع برهمکنش بسیار کمی دارند) و برای آنها فضای داخلی ستاره کاملاً است. "شفاف".

به دلیل پیچیدگی شدید در نظر گرفتن تمام فرآیندهای فیزیکی که در طول انفجار ابرنواختر رخ می دهد، هیچ نظریه خودسازگار قطعی در مورد انفجار ابرنواختر با تشکیل یک بقایای فشرده و بیرون راندن پوسته بیرونی وجود ندارد. با این حال، همه شواهد نشان می دهد که ابرنواخترهای نوع 2 نتیجه فروپاشی هسته ستاره هستند، که در آن احتراق گرما هسته ای ابتدا هیدروژن به هلیوم، سپس هلیوم به کربن، و به همین ترتیب تا تشکیل ایزوتوپ های "قله آهنی" صورت گرفت. عناصر - آهن، کبالت و نیکل، که هسته اتمی آنها حداکثر انرژی اتصال به هر ذره را دارد (مشخص است که افزودن ذرات جدید به هسته، به عنوان مثال، آهن، به انرژی نیاز دارد، و بنابراین احتراق حرارتی هسته‌ای متوقف می‌شود. عناصر قله آهن).

چه چیزی باعث می شود که قسمت های مرکزی یک ستاره پرجرم به محض اینکه هسته آهنی به اندازه کافی پرجرم شد (حدود 1.5 جرم خورشید) پایداری خود را از دست داده و فرو بریزد؟
در حال حاضر دو عامل اصلی منجر به فروپاشی شناخته شده است.
اول از همه،این همان "فروپاشی" هسته های آهن به 13 ذره آلفا (هسته هلیوم) با آزاد شدن فوتون ها (به اصطلاح تفکیک نوری آهن) است.
دوما، گرفتن الکترون توسط پروتون با تشکیل نوترون (به اصطلاح نوترونی شدن ماده).
هر دو فرآیند در چگالی های بالا (بیش از 1 تن در سانتی متر مکعب)، که در مرکز فضای داخلی ستاره در پایان تکامل ایجاد می شوند، امکان پذیر می شوند و هر دوی آنها به طور موثر "کشسانی" ماده را کاهش می دهند، که در واقع در برابر فشار مقاومت می کند. عمل نیروهای جذاب در این حالت، هنگام نوترونی شدن ماده، تعداد زیادی نوترینو آزاد می شود که انرژی اصلی ذخیره شده در هسته در حال فروپاشی را با خود می برد. بر خلاف فرآیند فروپاشی فاجعه آمیز هسته که با جزئیات کافی توسعه یافته است، بیرون ریختن پوسته ستارگان (انفجار واقعی) چندان آسان نیست. ظاهراً نوترینو در این فرآیند نقش اساسی دارد.

همانطور که محاسبات انجام شده بر روی ابررایانه ها نشان می دهد، چگالی نزدیک هسته آنقدر زیاد است که حتی یک نوترینوی که برهمکنش ضعیفی با ماده دارد، برای مدتی توسط لایه های بیرونی ستاره "قفل" می شود. اما نیروهای گرانشی پوسته را به سمت هسته جذب می‌کنند و وضعیتی شبیه به وضعیتی ایجاد می‌شود که هنگام تلاش برای ریختن یک مایع متراکم‌تر، به عنوان مثال، آب، روی مایعی با چگالی کمتر (مثلاً نفت سفید یا نفت) رخ می‌دهد - این به خوبی شناخته شده است. تجربه کنید که یک مایع سبک تمایل دارد "از زیر مایع سنگین به بالا شناور شود (این تظاهر به اصطلاح ناپایداری ریلی-تیلور است). این مکانیسم منجر به پیدایش حرکات همرفتی غول‌پیکر می‌شود و در نهایت تکانه نوترینو به پوسته پوشاننده منتقل می‌شود که به فضای اطراف ستاره ریخته می‌شود. جالب است بدانید که شاید این حرکات همرفتی نوترینو هستند که منجر به نقض تقارن کروی انفجار ابرنواختر می شوند (به عبارت دیگر، جهتی ظاهر می شود که در امتداد آن ماده غالباً به بیرون پرتاب می شود) - و سپس باقیمانده حاصل یک پس زدن دریافت می کند. تکانه و شروع به حرکت در فضا با اینرسی با سرعت تا هزار کیلومتر در ثانیه می کند (چنین سرعت های فضایی بالایی در ستاره های نوترونی جوان - تپ اخترهای رادیویی مشاهده می شود). تصویر شماتیک توصیف شده از یک انفجار ابرنواختر نوع 2 توضیح ویژگی های اصلی رصدی این پدیده بزرگ را ممکن می سازد. علاوه بر این، پیش‌بینی‌های نظری این مدل (به‌ویژه در مورد انرژی کل و طیف انفجار نوترینو) با پالس نوترینوی ثبت‌شده در 23 فوریه 1987 از یک ابرنواختر در ابر ماژلانی بزرگ مطابقت دارد.

حالا چند کلمه در مورد ابرنواختر نوع 1. عدم وجود درخشش هیدروژنی در طیف آنها نشان می دهد که انفجار در ستاره ای بدون پوشش هیدروژن رخ داده است. همانطور که اکنون اعتقاد بر این است، این ممکن است یک ستاره از نوع Wolf-Rayet باشد (در واقع، اینها هسته های ستارگان غنی از هلیوم، کربن و اکسیژن هستند که در آن فشار نور، پوسته هیدروژن بالایی را "منفجر می کند"، یا اگر چنین ستاره عظیمی بخشی از یک منظومه دوتایی نزدیک بود، پوسته تحت تأثیر نیروهای جزر و مدی قدرتمند به سمت ستاره همسایه "جریان" می کرد، که در آن هسته تکامل یافته فرو می ریزد (به اصطلاح ابرنواخترهای نوع 1b)، یا کوتوله سفید در حال انفجار.

چگونه یک کوتوله سفید می تواند منفجر شود؟از این گذشته، این یک ستاره بسیار متراکم است که در آن هیچ واکنش هسته ای وجود ندارد و نیروهای گرانش با فشار گاز متراکم متشکل از الکترون ها و یون ها مخالفت می کنند، که توسط خواص اساسا کوانتومی الکترون ها ایجاد می شود. به اصطلاح گاز الکترونی منحط). دلیل این امر مانند فروپاشی هسته ستارگان پرجرم است - کاهش خاصیت ارتجاعی ماده ستاره با افزایش چگالی آن. این دوباره با "فشار دادن" الکترون ها به پروتون ها با تشکیل نوترون ها و همچنین با برخی از اثرات نسبیتی مرتبط است که در اینجا آنها را بررسی نمی کنیم.

چگونه می توان چگالی یک کوتوله سفید را افزایش داد؟ اگر مجرد باشد این امکان وجود ندارد. اما اگر یک کوتوله سفید بخشی از یک سیستم دوتایی نسبتاً نزدیک باشد، تحت تأثیر نیروهای گرانشی، گاز یک ستاره همسایه می‌تواند روی یک کوتوله سفید جریان یابد (مورد ستاره‌های جدید را به خاطر بسپارید!)، و تحت شرایط خاص، جرم آن (و از این رو تراکم) به تدریج افزایش می یابد که در نهایت منجر به فروپاشی و انفجار می شود. یکی دیگر از گزینه های ممکن عجیب تر است، اما نه کمتر واقعی - برخورد دو کوتوله سفید. خواننده با دقت می پرسد که چگونه ممکن است، زیرا احتمال برخورد دو کوتوله سفید در فضا ناچیز است، زیرا تعداد ستاره ها در واحد حجم ناچیز است (در قدرت چند ستاره در 100-1000 پارسک). و در اینجا (برای چندمین بار!) "مقصر" ستاره های دوتایی هستند، اما اکنون از دو کوتوله سفید تشکیل شده اند. بدون پرداختن به جزئیات شکل‌گیری و تکامل آن‌ها، ما فقط به این نکته اشاره می‌کنیم که، همانطور که از نظریه نسبیت عام انیشتین برمی‌آید، هر دو جرمی که به دور یکدیگر می‌چرخند، دیر یا زود باید به دلیل یک حباب ثابت، هرچند بسیار ناچیز، با انرژی برخورد کنند. از چنین سیستمی توسط امواج گرانشی - امواج گرانشی (مثلاً، زمین و خورشید، اگر بی‌نهایت عمر می‌کردند، به دلیل این اثر با هم برخورد می‌کردند، اگرچه پس از یک زمان عظیم، چندین مرتبه بزرگتر از عصر کیهان).

معلوم می شود که در مورد سیستم های دوتایی با جرم ستاره ای نزدیک به جرم خورشید (2*10 30 کیلوگرم)، "ادغام" آنها باید در زمانی کمتر از سن کیهان (حدود 10 میلیارد سال) رخ دهد.
تخمین ها نشان می دهد که در یک کهکشان معمولی، چنین کوتوله های سفید دوتایی می توانند هر چند صد سال یک بار با هم ادغام شوند. انرژی غول پیکر آزاد شده در طول این فرآیند فاجعه بار برای توضیح پدیده یک ابرنواختر نوع 1a کاملاً کافی است. به هر حال، یکسانی تقریبی توده‌های کوتوله‌های سفید، همه این ادغام‌ها را به یکدیگر «شبیه» می‌کند، بنابراین ابرنواخترهای نوع 1a صرف نظر از اینکه این رویداد در چه زمانی و در کدام کهکشان رخ داده است، باید از نظر خصوصیات یکسان به نظر برسند. این خاصیت ابرنواخترهای نوع 1a در حال حاضر توسط دانشمندان برای به دست آوردن تخمین مستقلی از مهمترین پارامتر کیهانی - ثابت هابل، که یک اندازه گیری کمی از نرخ انبساط کیهان است، استفاده می شود.

ما فقط در مورد عظیم ترین انفجارهای ستارگانی صحبت کرده ایم که در کیهان رخ می دهند و در محدوده نوری مشاهده می شوند. ما در بالا اشاره کردیم که در مورد ابرنواخترها، انرژی اصلی انفجار توسط نوترینوها منتقل می شود، و نه توسط نور، بنابراین، مطالعه آسمان با روش های نجوم نوترینو جالب ترین چشم انداز را دارد و اجازه می دهد تا در آینده به «دوزخ» یک ابرنواختر، که توسط ضخامت‌های عظیمی از ماده مات به نور پنهان شده است، «نگاه کنیم».
حتی اکتشافات شگفت انگیز تری توسط نجوم امواج گرانشی انجام می شود که در آینده نزدیک به ما در مورد پدیده های باشکوه ادغام کوتوله های سفید دوتایی، ستاره های نوترونی و سیاهچاله ها خواهند گفت.

بیایید پاسخ دهیم، من روی مکانیسم انفجار که بسیار پیچیده، متنوع است و نیاز به توضیح زیادی دارد، تمرکز نمی کنم، بلکه فقط روی منبع اولیه انفجار تمرکز می کنم.

2 نوع اصلی ابرنواختر وجود دارد (در واقع پیچیده تر است، اما در حال حاضر اجازه دهید به یک سلسله مراتب ساده نگاه کنیم).

در ابرنواخترهانوع دوم(در غیر این صورت به عنوان فروپاشی هسته) انفجار زمانی رخ می دهد که به دلیل کمبود فشار مرکزی، هسته یک ستاره تحت "وزن" خود فشرده شود. فشردگی فاجعه بار با تشکیل چندین موج ضربه ای همراه است که به بیرون منتشر می شود و در واقع چیزی است که ما آن را انفجار می نامیم.

دلیل شروع چنین انقباض فاجعه باری این است که در یک نقطه "سوخت" گرما هسته ای در مرکز ستاره تمام می شود. وقتی تمام هلیوم، کربن و غیره را می سوزانید، در نهایت به آهن و نیکل می رسید، عناصری که بالاترین انرژی هسته ای را دارند (در هر نوکلئون). بعد از آهن و نیکل، شما نمی توانید در احتراق گرما هسته ای چیزی تولید کنید، زیرا همه چیز به سرعت از بین می رود.

اگر احتراق وجود نداشته باشد، پس فشار داخلی وجود ندارد. با این حال، گرانش خود هسته وجود دارد که قبلاً توسط فشار داخلی نگه داشته می شد. این عدم تعادل که گاهی اوقات به آن می گویند بی ثباتی چاندراسخار، و باعث فروپاشی و انفجار می شود. لازم به ذکر است که برای چنین ناپایداری لازم است که جرم هسته ~1.4 جرم خورشید باشد، در غیر این صورت به دلیل فشار اضافی الکترون های منحط، فروپاشی در مرحله کوتوله سفید متوقف می شود. این مستلزم آن است که جرم ستاره اصلی > 8-10 خورشیدی باشد.

در نتیجه، پس از چنین انفجاری، یا یک ستاره نوترونی تشکیل می شود، یا اگر جرم ستاره اولیه بیش از 20 جرم خورشید بود، یک سیاهچاله.

با وجود این واقعیت که مردم بیش از نیم قرن است که با این مشکل دست و پنجه نرم می کنند، مکانیسم انفجار هسته- فروپاشی ابرنواخترها هنوز به طور کامل شناخته نشده است. اما... به طور کلی، در ماه های آینده، انتشارات را با وابستگی پرینستون و نام خانوادگی کلیدی "A. Burrows" دنبال کنید ;)

ابرنواختر نوع اولمکانیزم کمی متفاوت دارند. آنها در سیستم های دوتایی رخ می دهند که در آن یکی از ستاره ها یک کوتوله سفید و دیگری یک ستاره معمولی است، یا یک غول یا یک کوتوله سفید دیگر. در نقطه ای، ماده از طرف همراه شروع به جریان به سمت کوتوله سفید می کند و روی سطح تجمع می یابد.

به محض اینکه مجموع جرم کوتوله بیش از 1.4 جرم خورشید شد، همان ناپایداری چاندراسخار شروع به ایجاد می کند و فروپاشی بیشتر این کوتوله سفید رخ می دهد و در واقع انفجار رخ می دهد.

در نتیجه، به احتمال زیاد، یک ستاره نوترونی تشکیل می شود.

این چه نوع پدیده ای است - رعد و برق توپ، و چرا در دوران کودکی به آنها هشدار داده شد که در صورت پرواز به اتاق حرکت نکنند؟

درباره ابرنواخترها چه می دانید؟ مطمئناً خواهید گفت که یک ابرنواختر انفجار بزرگ یک ستاره است که در محل آن یک ستاره نوترونی یا یک سیاهچاله باقی می ماند.

با این حال، در واقع، همه ابرنواخترها آخرین مرحله در زندگی ستارگان پرجرم نیستند. طبقه‌بندی مدرن انفجارهای ابرنواختر، علاوه بر انفجار ابرغول‌ها، شامل برخی پدیده‌های دیگر نیز می‌شود.

جدید و ابرنواختر

اصطلاح "ابر نواختر" از عبارت "ستاره جدید" مهاجرت کرده است. ستارگانی که تقریباً از ابتدا در آسمان ظاهر شده بودند را «نو» نامید و پس از آن به تدریج محو شدند. اولین موارد "جدید" از تواریخ چینی که قدمت آنها به هزاره دوم قبل از میلاد باز می گردد، شناخته شده است. جالب است که ابرنواخترها اغلب در میان این نواخترها یافت می شدند. به عنوان مثال، تیکو براهه بود که در سال 1571 این ابرنواختر را مشاهده کرد که بعداً اصطلاح "ستاره جدید" را ابداع کرد. اکنون می دانیم که در هر دو مورد، ما در مورد تولد مشاهیر جدید به معنای واقعی کلمه صحبت نمی کنیم.

ابرنواخترها و ابرنواخترها نشان دهنده افزایش شدید درخشندگی یک ستاره یا گروهی از ستاره ها هستند. به عنوان یک قاعده، قبل از اینکه مردم فرصتی برای مشاهده ستارگانی که این شیوع را ایجاد کردند، نداشتند. اینها اشیایی بسیار کم نور برای چشم غیر مسلح یا ابزار نجومی آن سالها بودند. آنها قبلاً در لحظه فلش مشاهده شده بودند که طبیعتاً شبیه تولد یک ستاره جدید بود.

با وجود شباهت این پدیده ها، امروزه تفاوت فاحشی در تعاریف آنها دیده می شود. اوج درخشندگی ابرنواخترها هزاران و صدها هزار بار بیشتر از اوج درخشندگی ستارگان جدید است. این اختلاف با تفاوت اساسی در ماهیت این پدیده ها توضیح داده می شود.

تولد ستاره های جدید

شعله های جدید انفجارهای گرما هسته ای هستند که در برخی از منظومه های ستاره ای نزدیک رخ می دهند. چنین سیستم هایی همچنین از یک ستاره همراه بزرگتر (ستاره دنباله اصلی، زیرغول یا ) تشکیل شده اند. گرانش قدرتمند کوتوله سفید ماده را از ستاره همراه می کشد و در نتیجه یک قرص برافزایشی در اطراف آن تشکیل می شود. فرآیندهای ترموهسته ای که در دیسک برافزایشی رخ می دهند، گاهی اوقات ثبات خود را از دست می دهند و حالت انفجاری پیدا می کنند.

در نتیجه چنین انفجاری، روشنایی منظومه ستاره ای هزاران و حتی صدها هزار بار افزایش می یابد. اینگونه است که یک ستاره جدید متولد می شود. جسمی که تا به حال کم نور بوده و حتی برای ناظر زمینی نامرئی بوده، درخشندگی قابل توجهی به دست می آورد. به عنوان یک قاعده، چنین شیوعی تنها در چند روز به اوج خود می رسد و می تواند برای سال ها محو شود. اغلب، چنین طغیان هایی در یک سیستم هر چند دهه یکبار تکرار می شود. دوره ای هستند. همچنین یک پوسته گاز در حال انبساط در اطراف ستاره جدید وجود دارد.

منشا انفجارهای ابرنواختر ماهیت کاملاً متفاوت و متنوع تری دارند.

ابرنواخترها معمولاً به دو دسته اصلی (I و II) تقسیم می شوند. این کلاس ها را می توان طیفی نامید، زیرا آنها با وجود و عدم وجود خطوط هیدروژن در طیف خود متمایز می شوند. همچنین، این کلاس ها از نظر بصری به طور قابل توجهی متفاوت هستند. همه ابرنواخترهای کلاس I هم از نظر قدرت انفجار و هم از نظر دینامیک تغییر در روشنایی مشابه هستند. ابرنواخترهای کلاس II از این نظر بسیار متنوع هستند. قدرت انفجار آنها و دینامیک تغییرات روشنایی در محدوده بسیار وسیعی قرار دارد.

همه ابرنواخترهای کلاس II از فروپاشی گرانشی در فضای داخلی ستارگان پرجرم ایجاد می شوند. به عبارت دیگر، این همان انفجار ابرغول ها برای ما آشناست. در میان ابرنواخترهای دسته اول، مواردی وجود دارند که مکانیسم انفجار آنها بیشتر شبیه به انفجار ستارگان جدید است.

مرگ ابرغول ها

ابرنواخترها ستارگانی هستند که جرم آنها از 8 تا 10 جرم خورشید بیشتر است. هسته های چنین ستارگانی با تخلیه هیدروژن به واکنش های گرما هسته ای با مشارکت هلیوم ادامه می دهند. با تخلیه هلیوم، هسته به سنتز عناصر سنگین‌تر ادامه می‌دهد. روز به روز لایه های بیشتری در روده های یک ستاره ایجاد می شود که هر یک نوع خاص خود را از همجوشی گرما هسته ای دارند. در مرحله نهایی تکامل خود، چنین ستاره ای به یک ابرغول "لایه ای" تبدیل می شود. سنتز آهن در هسته آن اتفاق می افتد، در حالی که سنتز هلیوم از هیدروژن نزدیک تر به سطح ادامه می یابد.

همجوشی هسته های آهن و عناصر سنگین تر با جذب انرژی اتفاق می افتد. بنابراین، با تبدیل شدن به آهن، هسته ابرغول دیگر قادر به آزادسازی انرژی برای جبران نیروهای گرانشی نیست. هسته تعادل هیدرودینامیکی خود را از دست می دهد و شروع به فشرده سازی نامنظم می کند. لایه‌های باقی‌مانده ستاره به حفظ این تعادل ادامه می‌دهند تا زمانی که هسته به اندازه بحرانی خاصی کوچک شود. اکنون بقیه لایه ها و ستاره به طور کلی تعادل هیدرودینامیکی خود را از دست می دهند. فقط در این حالت فشرده سازی نیست که "برنده" می شود، بلکه انرژی آزاد شده در هنگام فروپاشی و واکنش های تصادفی بعدی است. بازنشانی پوسته بیرونی وجود دارد - یک انفجار ابرنواختر.

اختلاف طبقاتی

طبقات و زیر کلاس های مختلف ابرنواخترها با نحوه ستاره قبل از انفجار توضیح داده می شود. به عنوان مثال، عدم وجود هیدروژن در ابرنواخترهای کلاس I (زیر کلاس Ib، Ic) نتیجه این واقعیت است که خود ستاره هیدروژن نداشت. به احتمال زیاد، بخشی از پوسته بیرونی آن در طول تکامل در یک سیستم باینری نزدیک از بین رفته است. طیف زیر کلاس Ic در غیاب هلیوم با Ib متفاوت است.

در هر صورت، ابرنواخترهایی از این دسته در ستارگانی اتفاق می‌افتند که پوسته بیرونی هیدروژن-هلیوم ندارند. بقیه لایه ها در محدوده های نسبتاً دقیق اندازه و جرم قرار دارند. این با این واقعیت توضیح داده می شود که واکنش های گرما هسته ای با شروع یک مرحله بحرانی خاص جایگزین یکدیگر می شوند. به همین دلیل است که انفجارهای ستارگان کلاس Ic و Ib بسیار شبیه هم هستند. اوج درخشندگی آنها حدود 1.5 میلیارد برابر خورشید است. آنها در عرض 2-3 روز به این درخشندگی می رسند. پس از آن، روشنایی آنها 5-7 بار در ماه ضعیف می شود و در ماه های بعدی به آرامی کاهش می یابد.

ستاره های ابرنواختر نوع دوم دارای پوسته هیدروژن-هلیوم بودند. بسته به جرم ستاره و سایر ویژگی های آن، این پوسته می تواند مرزهای متفاوتی داشته باشد. این گستره وسیع شخصیت های ابرنواخترها را توضیح می دهد. روشنایی آن‌ها می‌تواند از ده‌ها میلیون تا ده‌ها میلیارد درخشندگی خورشیدی متفاوت باشد (بدون احتساب انفجارهای پرتو گاما - زیر را ببینید). و پویایی تغییرات در روشنایی شخصیت بسیار متفاوتی دارد.

تبدیل کوتوله سفید

شراره ها دسته خاصی از ابرنواخترها را تشکیل می دهند. این تنها کلاس ابرنواختری است که می تواند در کهکشان های بیضوی رخ دهد. این ویژگی نشان می دهد که این همه گیری ها محصول مرگ ابرغول ها نیستند. ابرغول ها تا لحظه ای زنده نمی مانند که کهکشان هایشان پیر شوند، یعنی. بیضوی شدن همچنین تمامی فلاش های این کلاس دارای روشنایی تقریبا یکسانی هستند. به همین دلیل، ابرنواخترهای نوع Ia "شمع های استاندارد" کیهان هستند.

آنها در یک الگوی بسیار متفاوت ظاهر می شوند. همانطور که قبلا ذکر شد، این انفجارها تا حدودی شبیه به انفجارهای جدید هستند. یکی از طرح‌های منشأ آنها نشان می‌دهد که آنها همچنین از یک منظومه نزدیک از یک کوتوله سفید و ستاره همراهش سرچشمه می‌گیرند. با این حال، برخلاف ستاره‌های جدید، انفجاری از نوع متفاوت و فاجعه‌بارتر در اینجا رخ می‌دهد.

هنگامی که کوتوله سفید همراه خود را "بلع" می کند، جرم آن افزایش می یابد تا اینکه به حد چاندراسخار می رسد. این حد تقریباً برابر با 1.38 جرم خورشیدی، حد بالایی جرم یک کوتوله سفید است که پس از آن به یک ستاره نوترونی تبدیل می شود. چنین رویدادی با یک انفجار گرما هسته‌ای همراه با آزادسازی عظیم انرژی است که قدری بسیار بیشتر از یک انفجار جدید معمولی است. مقدار عملاً بدون تغییر حد Chandrasekhar چنین اختلاف کوچکی را در روشنایی شعله های مختلف این زیر کلاس توضیح می دهد. این روشنایی تقریباً 6 میلیارد برابر بیشتر از درخشندگی خورشید است و دینامیک تغییر آن مانند ابرنواخترهای کلاس Ib، Ic است.

انفجارهای هایپرنووا

ابرنواخترها انفجارهایی هستند که انرژی آنها چندین مرتبه بزرگتر از انرژی ابرنواخترهای معمولی است. این است که، در واقع، آنها ابرنواختر هستند ابرنواخترهای بسیار درخشان.

به عنوان یک قاعده، انفجار ستارگان بسیار پرجرم، که ابرنواختر نیز نامیده می شود، در نظر گرفته می شود. جرم چنین ستارگانی از 80 شروع می شود و اغلب از حد نظری 150 جرم خورشید فراتر می رود. همچنین نسخه هایی وجود دارد که ابرنواخترها می توانند در حین نابودی پادماده، تشکیل یک ستاره کوارکی یا برخورد دو ستاره پرجرم تشکیل شوند.

هایپرنوواها از این جهت قابل توجه هستند که علت اصلی، شاید، انرژی برترین و نادرترین رویدادهای جهان - انفجار پرتو گاما هستند. مدت زمان انفجار پرتو گاما از صدم ثانیه تا چند ساعت متغیر است. اما اغلب آنها 1-2 ثانیه طول می کشند. در این ثانیه ها انرژی مشابه انرژی خورشید در تمام 10 میلیارد سال عمر آن ساطع می کنند! ماهیت انفجارهای پرتو گاما هنوز عمدتاً مشکوک است.

اجداد زندگی

علیرغم همه ماهیت فاجعه بار آنها، ابرنواخترها به درستی می توانند مولدهای حیات در کیهان نامیده شوند. قدرت انفجار آنها محیط بین ستاره ای را برای تشکیل ابرهای گاز و غبار و سحابی ها سوق می دهد که متعاقباً در آنها ستاره ها متولد می شوند. یکی دیگر از ویژگی های آنها این است که ابرنواخترها محیط بین ستاره ای را با عناصر سنگین اشباع می کنند.

این ابرنواخترها هستند که تمام عناصر شیمیایی سنگین تر از آهن را تولید می کنند. پس از همه، همانطور که قبلا ذکر شد، سنتز چنین عناصری نیاز به انرژی دارد. فقط ابرنواخترها قادر به "شارژ" هسته های ترکیبی و نوترون ها برای تولید انرژی بر عناصر جدید هستند. انرژی جنبشی انفجار آنها را همراه با عناصر تشکیل شده در روده های ستاره منفجر شده در فضا می برد. اینها شامل کربن، نیتروژن و اکسیژن و سایر عناصری است که بدون آنها حیات ارگانیک غیرممکن است.

رصد ابرنواختر

انفجارهای ابرنواختر پدیده ای بسیار نادر هستند. در کهکشان ما که شامل بیش از صد میلیارد ستاره است، در هر قرن فقط چند شعله وجود دارد. بر اساس وقایع نگاری و منابع نجومی قرون وسطایی، در طول دو هزار سال گذشته، تنها شش ابرنواختر قابل مشاهده با چشم غیر مسلح ثبت شده است. ستاره شناسان مدرن هرگز ابرنواخترها را در کهکشان ما ندیده اند. نزدیکترین آنها در سال 1987 در ابر ماژلانی بزرگ، یکی از ماهواره های کهکشان راه شیری اتفاق افتاد. دانشمندان هر ساله 60 ابرنواختر را مشاهده می کنند که در کهکشان های دیگر رخ می دهد.

به دلیل همین نادر است که ابرنواخترها تقریباً همیشه در زمان شیوع مشاهده می شوند. رویدادهای قبل از آن تقریباً هرگز مشاهده نشدند، بنابراین ماهیت ابرنواخترها هنوز تا حد زیادی مرموز است. علم مدرن قادر به پیش بینی دقیق ابرنواخترها نیست. هر ستاره کاندید فقط پس از میلیون ها سال می تواند شعله ور شود. جالب ترین در این زمینه Betelgeuse است که فرصتی بسیار واقعی برای روشن کردن آسمان زمین در طول زندگی ما دارد.

شیوع جهانی

انفجارهای هایپرنوا حتی نادرتر است. در کهکشان ما، چنین رویدادی هر صدها هزار سال یک بار رخ می دهد. با این حال، انفجارهای پرتو گاما ایجاد شده توسط هایپرنوا تقریباً روزانه مشاهده می شود. آنها به قدری قدرتمند هستند که تقریباً از تمام گوشه های جهان ضبط شده اند.

به عنوان مثال، یکی از فوران های پرتو گاما که در فاصله 7.5 میلیارد سال نوری از ما قرار دارد، با چشم غیر مسلح قابل مشاهده است. برای اتفاق افتادن در کهکشان آندرومدا، آسمان زمین برای چند ثانیه توسط ستاره ای با درخشندگی ماه کامل روشن شد. اگر در آن سوی کهکشان ما اتفاق می افتاد، خورشید دومی در پس زمینه کهکشان راه شیری ظاهر می شد! به نظر می رسد که روشنایی فلاش چهار میلیارد بار از خورشید و میلیون ها بار روشن تر از کهکشان ما است. با توجه به اینکه میلیاردها کهکشان در کیهان وجود دارد، جای تعجب نیست که چرا روزانه چنین رویدادهایی ثبت می شود.

تاثیر بر سیاره ما

بعید است که ابرنواخترها بتوانند تهدیدی برای بشریت مدرن باشند و به هر طریقی بر سیاره ما تأثیر بگذارند. حتی انفجار Betelgeuse فقط برای چند ماه آسمان ما را روشن می کند. با این حال، آنها مطمئناً در گذشته تأثیر تعیین کننده ای روی ما داشته اند. نمونه ای از این اولین انقراض از پنج انقراض دسته جمعی روی زمین است که 440 میلیون سال پیش رخ داده است. طبق یک نسخه، علت این انقراض فلاش پرتو گاما بود که در کهکشان ما رخ داد.

قابل توجه تر، نقش کاملا متفاوت ابرنواخترها است. همانطور که قبلاً اشاره شد، این ابرنواخترها هستند که عناصر شیمیایی لازم برای ظهور حیات مبتنی بر کربن را ایجاد می کنند. بیوسفر زمینی نیز از این قاعده مستثنی نبود. منظومه شمسی در یک ابر گازی شکل گرفت که حاوی قطعات انفجارهای قبلی بود. معلوم شد که همه ما ظاهر خود را مدیون یک ابرنواختر هستیم.

علاوه بر این، ابرنواخترها همچنان بر تکامل حیات روی زمین تأثیر می‌گذارند. آنها با افزایش پس‌زمینه تشعشعی سیاره، موجودات زنده را مجبور به جهش کردند. انقراض های بزرگ را فراموش نکنید. مطمئناً ابرنواخترها بیش از یک بار "تنظیماتی" در بیوسفر زمین انجام داده اند. به هر حال، اگر آن انقراض های جهانی وجود نداشت، اکنون گونه های کاملاً متفاوتی بر زمین مسلط می شدند.

مقیاس انفجارهای ستاره ای

برای درک بصری اینکه انفجارهای ابرنواختر دارای چه نوع انرژی هستند، اجازه دهید به معادله معادل جرم و انرژی بپردازیم. به گفته وی، هر گرم ماده حاوی مقدار عظیمی انرژی است. بنابراین 1 گرم از یک ماده معادل انفجار یک بمب اتمی است که بر فراز هیروشیما منفجر شده است. انرژی بمب تزار معادل سه کیلوگرم ماده است.

در هر ثانیه در طی فرآیندهای گرما هسته ای در روده های خورشید، 764 میلیون تن هیدروژن به 760 میلیون تن هلیوم تبدیل می شود. آن ها خورشید در هر ثانیه انرژی معادل 4 میلیون تن ماده از خود ساطع می کند. تنها یک دو میلیاردم کل انرژی خورشید به زمین می رسد که معادل دو کیلوگرم جرم است. بنابراین می گویند که انفجار بمب تزار از مریخ قابل رصد بوده است. به هر حال، خورشید چندین صد برابر بیشتر از آنچه بشر مصرف می کند به زمین انرژی می دهد. یعنی برای پوشش انرژی سالانه نیاز تمام بشریت مدرن، تنها چند تن ماده باید به انرژی تبدیل شود.

با توجه به موارد فوق، تصور کنید که یک ابرنواختر متوسط ​​در اوج خود، چهار میلیارد تن ماده را می سوزاند. این مربوط به جرم یک سیارک بزرگ است. کل انرژی یک ابرنواختر معادل جرم یک سیاره یا حتی یک ستاره کم جرم است. در نهایت، یک انفجار پرتو گاما در چند ثانیه یا حتی کسری از ثانیه از عمر خود، انرژی معادل جرم خورشید را به بیرون می پاشد!

چنین ابرنواخترهای متفاوتی

اصطلاح "ابر نواختر" را نباید صرفاً با انفجار ستارگان مرتبط کرد. این پدیده ها شاید به اندازه خود ستارگان متنوع باشند. علم هنوز بسیاری از اسرار آنها را درک نکرده است.