Реферат на тему:
Наднові зорі
У результаті еволюційних процесів, що відбуваються в зорях, вони
змінюють потужність свого випромінювання. Такі зміни можуть бути як
періодичними, так і більш-менш хаотичними, як у червоних карликів. На
їхній поверхні відбуваються інтенсивні спалахи тривалістю від декількох
хвилин до декількох годин. Під час цих спалахів потужність
випромінювання зорі збільшується в десятки разів.
Ще значніші зміни потужності випромінювання відбуваються під час
спалахів нових і новоподібних зір. Світність такої зорі може збільшитися
в десятки мільйонів разів, а спалах триває кілька днів або тижнів. Усі
нові та наднові, що спалахують, входять до складу тісних подвійних
систем, де одним із компонентів є білий карлик. На його поверхню натікає
речовина від другого компонента системи, багатого на Гідроген. Після
нагромадження критичної маси відбувається термоядерний вибух.
Однак спалахи наднових відрізняються від інших процесів, що виявляються
в збільшенні потужності випромінювання зорі. Наднова — це катастрофічна
перебудова внутрішньої структури зорі. Наднові зорі спостерігалися на
небокраї Землі досить рідко, але кожне таке явище було настільки
грандіозним, що фіксувалося в історичних хроніках. У V ст. н. є.
китайські хроніки зафіксували появу на небі зорі-гості, яка сяяла
настільки яскраво, що її було видно навіть удень. Це вказує на те, що
видимий блиск зорі перевершував блиск Венери. Наступна поява наднової
зафіксована в 1572 р. у сузір’ї Кассіопеї астрономом Тіхо Браге. У 1604
р. у південному сузір’ї Змієносця Кеплер спостерігав ще одну наднову, що
спалахнула в нашій Галактиці. Після цього в “нашій Галактиці наднові не
спостерігалися, хоча точно відомо, що в сузір’ї Кассіопеї в 1668 р. була
наднова. Це пов’язано з тим, що міжзоряний простір поблизу площини
симетрії Галактики заповнений великою кількістю частинок, що поглинають
світло.
В інших галактиках спалахи наднових спостерігаються досить часто. У 1885
р. в обсерваторії у Тарту спостерігали наднову в туманності Андромеди.
При тому, що туманність Андромеди має видиму величину близько 4,5,
наднова мала величину 6. Потік випромінювання від неї всього в 4 рази
менший, ніж від усієї туманності. Тобто потужність випромінювання цієї
наднової сумірна із сумарною потужністю всіх зір, що створюють світність
цієї галактики.
У 1895 р. спостерігалася наднова в карликовій галактиці NGC 5253. При
блиску галактики 3,5 зоряної величини наднова мала в максимумі блиску
величину 7,5. У 1972 р. у цій самій галактиці спалахнула ще одна
наднова.
Загалом спалахи наднових зір — явище достатньо рідкісне за земними
масштабами. У гігантській галактиці вони спостерігаються з частотою одна
за кілька десятків років. Усього за другу половину XX століття
спостерігалося близько 1000 спачахів.
Унікальні особливості процесу, що призводить до спалаху наднової, давно
цікавили астрономів. Протягом короткого часу одна зоря випромінює
стільки ж енергії, скільки сукупність усіх зір материнської галактики.
Повна кількість енергії, випромінена зорею за час спалаху, наближається
до порядку 10s0 ерг. Це можна порівняти з кількістю сонячного
випромінювання за мільярд років. Енергії, що звільнилася при спалаху
наднової, досить для того, щоб розсіяти в просторі всю речовину зірки
масою, сумірною з масою Сонця. Це неможливо без корінної зміни структури
зорі.
Астрономи встановили, що спостережувані наднові бувають двох типів. їх
називають надновими І типу і надновими II типу. Основні відмінності
полягають у спектрі випромінювання і кривій блиску (залежність
потужності випромінювання від часу). Крім того, наднові І типу
спостерігаються у всіх галактиках, а наднові II типу — тільки в
спіральних галактиках.
У спектрах наднових II типу спостерігаються широкі лінії випромінювання
й поглинання, ототожнені з Гідрогеном, Кальцієм, Ферумом й іншими
елементами. Аналіз спектрів показав, що їхнє утворення відбувається в
протяжній оболонці, що розширюється зі швидкістю, яка перевищує 5 тис.
км/с. Хімічний склад оболонок наднових включає в основному Гідроген, на
другому місці знаходиться Гелій.
Для спектрів наднових І типу характерні широкі смуги, що є ділянками
безперервного спектра між широкими й глибокими лініями поглинання. У них
ототожнені лінії іонізованого Кальцію, іонізованого Силіцію і деяких
інших елементів. Це вдалося установити після того, як учені зрозуміли,
що довжини хвиль цих ліній зсунуті у фіолетову сторону через
доплерівський ефект. Непрозора оболонка (фотосфера) розширюється зі
швидкістю 10—15 тис. км/с.
Спектральний аналіз підтвердив важливу відмінність оболонок, викинутих
під час спалахів наднових І типу у них практично відсутній Гідроген.
У наднових обох типів температура фотосфери дуже висока — у максимумі 10
тис. градусів. Після досягнення максимуму вона поступово знижується і
через 1—2 місяці складає 5—6 тис. градусів.
Криві блиску усіх вивчених наднових І типу дуже подібні між собою.
Спочатку спостерігається крутий підйом блиску, що сягає максимуму
тривалістю в 1— 2 дні. Після цього блиск швидко зменшується. Коли його
значення зменшиться приблизно в 10 разів, характер кривої блиску
змінюється. Видима зоряна величина наднової зменшується на 0,013
величини на добу. Через 50 днів після максимуму світність згодом
зменшується за експонентою, причому цей закон зміни блиску виконується
протягом не менше 700 днів.
На відміну від наднових І типу, криві блиску наднових II типу досить
різноманітні. Частина з них подібна до кривих блиску наднових І типу:
після максимуму на графіку спостерігається положисте плато тривалістю
50—70 днів, після чого починається стрімке зменшення блиску.
Оболонки наднових І типу практично позбавлені водню. З цього випливає,
що такі зорі вже втратили багаті на водень зовнішні шари в процесі
еволюції і перетворилися на компактні об’єкти, подібні до білих
карликів. Наднові II типу — це червоні гіганти й надгіганти з масою в
кілька разів більшою від маси Сонця. У наднових І типу маса викинутої
під час вибуху оболонки складає близько 0,3 сонячної маси, а в наднових
II типу — 1—2 сонячних.
Наднові II типу масивніші й молодші. Наднові І типу пов’язані із зорями,
що практично завершили еволюцію, тому вони можуть спостерігатися у всіх
галактиках, а не тільки в рукавах спіральної структури.
Причини спалахів наднових вивчені не повністю, але зі спостережень
вибудовується певна теорія. Наприкінці еволюції у центральних областях
зорі виснажуються запаси ядерного пального. При цьому ядро може почати
катастрофічно стискатися, тому що внутрішній тиск не в змозі
зрівноважити гравітаційні сили. Настає гравітаційний колапс, зовнішні
шари зорі-гіганта падають на ядро, яке продовжує стискатися. Потім ядро
перестає стискатися, утворює надщільну конфігурацію нейтронної зорі, а
зовнішні шари продовжують рух. Відбувається зіткнення, що призводить до
миттєвого розігрівання речовини й утворення могутньої ударної хвилі.
Спрямовуючись назовні, ударна хвиля нагріє холодну зовнішню оболонку
червоного гіганта і скине її зовнішні шари.
Утворення наднових І типу також починається з катастрофічного стискання
зорі, якщо маса зорі (білого карлика) перевищує критичне значення —
чандра-секарівску межу. Ця межа складає приблизно 1,4 сонячної маси
Поки не існує досить переконливого пояснення загасання блиску наднових
нового типу. У 1956 році було висловлено припущення, що основним
джерелом енергії на пізній стадії спалаху таких зір може бути
радіоактивний розподіл надважких трансуранових ядер. Однак не вдалося
пояснити, який механізм утворення такої великої кількості надважкого
елемента (передбачався Каліфорній-256).
Потім була запропонована інша гіпотеза, за якою під час спалаху наднових
І типу утворюється величезна кількість (близько маси Сонця)
радіоактивного ізотопу Нікол-56. Цей ізотоп розпадається з періодом
близько 6 діб, перетворюючись на Кобальт-56. Останній розпадається з
періодом 88 діб і переходить у стабільний ізотоп Ферум-56. При кожному
розпаданні виділяються гамма-кванти з енергією близько 1 МеВ. Ще не
зовсім зрозуміло, яким чином вдасться пояснити деякі деталі поглинання
твердих гамма-квантів і чому відсутні дуже помітні-лінії поглинання
кобальту у всіх спектрах наднових І тішу. Аргументом на користь цієї
гіпотези є вивчення спектра наднової, що спостерігалася в 1972 р. у
галактиці NGC 5253. На заключній стадії він складався тільки із широких
смуг випромінювання, що були ототожнені з лініями іонізованого Феруму.
Спектр показав, що кількість Феруму в оболонці складає близько десятих
часток сонячної маси.
Наднові залишають на небі помітні сліди, які можуть спостерігатися із
Землі. Оболонки, викинуті при вибуху, рухаються зі швидкістю близько 10
тис. км/с. При цьому вони взаємодіють із середовищем, наслідком чого є
виникнення безлічі ефектів, що спостерігаються сучасними засобами
астрономії. В окремих випадках можна спостерігати і самі оболонки.
Першим космічним об’єктом, ототожненим із надновою, була Крабоподібна
туманність. У 1928 році Хаббл довів, що вона є залишком зорі, що
спалахнула в 1054 році в сузір’ї Тельця. Цілком збігалися координати
двох об’єктів, а екстраполяція власних рухів волокон туманності
показала, що близько 900 років тому кутові розміри її були настільки
малими, що на небі вона виглядала тільки точкою.
Крабоподібна туманність є радіоджерелом, рентгенівським джерелом,
усередині неї знаходиться короткоперіодичний пульсар. Оптичне світіння
Крабо-подібної туманності має яскравий безперервний спектр. Крім того,
вона випромінює ще спектральні лінії. їхнім джерелом є мережа волокон,
що розширюється зі швидкістю більше 1000 км/с. Зрозуміло, що ця мережа є
залишком колишньої оболонки зорі. Спектральний аналіз хімічного складу
волокон показав, що він подібний до складу сонячної атмосфери, але зі
значно більшою (у кілька разів), ніж у Сонця, кількістю Гелію. Переважає
в їхньому складі Гідроген.
Електромагнітне випромінювання від Крабоподібної туманності на сьогодні
спостерігається в діапазоні від метрових радіохвиль до наджорстких
квантів з енергією близько 1012 еВ. Причиною цього випромінювання є
релятивістські електрони, що рухаються в магнітному полі.
У центральній частині туманності був вияшіений пульсар — нейтронна зоря
з періодом 0,033 с Пульсар у Крабоподібній туманності випромінює не
тільки радіохвилі, але й оптичні й рентгенівські кванти. Оптичний
об’єкт, що спостерігається в її центрі, є саме пульсаром, що
підтверджується періодичністю його оптичного випромінювання, період
якого точно дорівнює періодові радіопульсара.
Тривалі спостереження показали, що пульсари є залишками спалахів
наднових зір. На сьогодні відомо більше 400 пульсарів. У зв’язку з тим,
що періоди пульсарів зростають через гальмування обертання, то визначити
вік пульсара легко. їхній середній вік складає приблизно декілька
мільйонів років. Наймолодшим є пульсар у Крабоподібній туманності, вік
якого близько 1000 років.
У тих випадках, коли пульсар орієнтований щодо земного спостерігача так,
що вісь його діаграми випромінювання проходить через Землю, можна
спостерігати пульсар у туманності. Крім знаменитої Крабоподібної
туманності такий рідкісний випадок є в туманності в сузір’ї Вітрила.
Період останнього складає 0,089 с, а вік, визначуваний за гальмуванням,
близько 10 000 років. Цей пульсар також є джерелом оптичного і
гамма-випромінювання.
За відстанню до пульсарів і характером діаграми їхнього
радіовипромінювання визначена повна кількість пульсарів у Галактиці, що
складає близько 100 000. У середньому кожні 20—30 років у Галактиці
народжується новий пульсар, що, очевидно, і визначає частоту спалахів
наднових зір.
Більшість пульсарів рухається зі швидкістю більше 100 км/с, а деякі
мають швидкості близько 200—400 км/с. Швидше за все, ці швидкості вони
отримали під час спалаху наднової. Маса скинутої оболонки складає
приблизно 30% маси зорі, що вибухнула, швидкість викиду — приблизно 10
тис. км/с, тому при будь-якій навіть невеликій асиметрії у викинутій
оболонці ядро зорі, за законом збереження імпульсу, набуде швидкості
близько сотень кілометрів на секунду.
Нейтронні зорі — колишні ядра вибухлих зір — сильно намагнічені. При
катастрофічному стисканні електропровідного середовища магнітний потік
зберігається і магнітне поле зростає обернено пропорційно до квадрата
радіуса ядра.
Інший тип залишків спалахів наднових — туманності, що утворюються при
взаємодії скинутих оболонок і міжзоряного середовища. Вони є джерелом
досить сильного радіовипромінювання і м’якого рентгенівського
випромінювання. Розрізняються два типи радіотуманностей. Перший тип має
яскраво виражену оболонкову структуру, у ньому часто зустрічаються
волокна й нитки, що випромінюють різні лінії. У центрі такої оболонки
часто міститься рентгенівське джерело. Радіуси оболонок складають
приблизно десятки світлових років, а швидкості розширення — десятки й
сотні кілометрів на секунду.
М’яке рентгенівське випромінювання радіотуманностей оболонкового типу
свідчить, що вони містять плазму, нагріту до десятків мільйонів
градусів. Це підтверджується наявністю в рентгенівських спектрах таких
об’єктів ліній високоіонізованих елементів. Плазма утворюється в
результаті поширення потужної ударної хвилі в міжзоряному середовищі.
Другий тип радіотуманностей — залишки з вираженою концентрацією до
центру. Вони називаються плеріонами. Плеріони відрізняються
радіоспектром, значним ступенем поляризації синхротронного
радіовипромінювання і відносною однорідністю магнітного поля. Основним
джерелом енергії плеріонів є пульсар.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
