Supernova — definīcija, veidi un astronomiskās sekas
Uzzini, kas ir supernova — definīcija, veidi un astronomiskās sekas: zvaigžņu eksplozijas, atliekas, neitronzvaigznes, melnie caurumi un ietekme uz Visumu.
Supernova ir zvaigznes pēdējā, ļoti enerģētiskā eksplozija, kas iznīcina lielu daļu zvaigznes ārējo slāņu un uz īsu brīdi var pārsniegt visas galaktikas spožumu. Eksplozija notiek tad, kad zvaigznes kodols vairs nespēj pretoties gravitācijas spēkiem vai notiek nekontrolēta termonukleāra reakcija — rezultātā kodols sabrūk un zvaigzne eksplodē.
Kas var kļūt par supernovu?
Ne visas zvaigznes beidzas kā supernovas. Lielākā daļa zvaigžņu ir salīdzinoši mazas un droši nekad nesprāgs — tās pakāpeniski atdziest un pārvēršas par baltajiem rūķīšiem. Savukārt ļoti masīvas zvaigznes var iziet cauri ātrākām kodolsintēzes stadijām un beigties sprādzienā. Hiperģianti un superģanti ir piemēri ļoti masīvām zvaigznēm, no kurām dažas var beigties kā supernovas.
Supernovu veidi
- Kodola sabrukuma (core-collapse) supernovas — notiek ļoti masīvām zvaigznēm (parasti >8 reizes Saules masa). Kad kodolā beidzas degvielas rezerve, spēcīga gravitācija kodolu saspiež, tas var pārvērsties par neitronu zvaigzni vai melno caurumu, kamēr ārējie slāņi tiek izsviesti ar milzīgu ātrumu. Šīs supernovas parasti klasificē kā tipu II, Ib vai Ic atkarībā no spektra.
- Termonukleāras (Type Ia) supernovas — rodas baltā rūķa sistēmā, kur baltais rūķis akumulē materiālu no pavadonis‑zvaigznes vai saplūst ar otru balto rūķi. Kad baltā rūķa masa tuvojas aptuveni 1,4 Saules masām (Čandrasekars robeža), notiek nekontrolēta kodolsintēze un zvaigzne eksplodē. Type Ia supernovas ir svarīgas kā standartšķiļķi (standard candles) kosmoloģijā.
Astronomiskās īpašības un dati
Sprādziena laikā supernova izkliedē milzīgu enerģiju — tipisks enerģijas izdalījums sprādzienā ir aptuveni 10^44 džouli (aptuveni 10^51 ergi). Momentāni supernovas spožums var pārsniegt visu galaktiku un izstarot vairāk enerģijas, nekā zvaigzne būtu izstarojusi visu savu dzīvi. Materiāls tiek izsviests ar ātrumu līdz ~30 000 km/s (līdz aptuveni 10 % no gaismas ātruma), radot triecienviļņus apkārtējā starpzvaigžņu vidē. Šo ejošo gāzu un putekļu apvalku sauc par supernovas atliekām.
Vērtīgākās sekas un nozīme
- Ķīmiskā bagātināšana: supernovas ražo un izsviesta smagākas ķīmiskās elementus (dzelzi un smagākus, kā arī r‑procesa elementus — zeltu, urānu u.c.), kas vēlāk iekļūst jaunās zvaigznēs, planētās un dzīvības ķīmijā.
- Neitronu zvaigznes un melnie caurumi: pēc sprādziena paliek kompakta atliekas — neitronu zvaigznes vai melnie caurumi, atkarībā no sākotnējās masas.
- Starpzvaigžņu vidi un zvaigžņu veidošanās: triecienviļņi var saspiezt blīvas gāzes mākoņus un izraisīt jaunu zvaigžņu veidošanos.
- Kosmiskie stari: supernovas restes un triecienviļņi ir svarīgs kosmisko staru (augsts enerģijas daļiņu) rašanās avots.
- Ietekme uz dzīvību: ļoti tuva supernova var paaugstināt jonizējošā starojuma plūsmu un ietekmēt atmosfēru; par laimi, bīstamas supernovas mūsu tuvumā ir ļoti reti.
Novērojumi un biežums
Supernovu sprādzieni galaktikā tiek novēroti reti. Mūsu galaktikā, Piena Ceļā, sagaidāmais supernovu skaits ir aptuveni 2–3 reizes simts gados; pēdējā redzamā ar neapbruņotu aci supernova bija 1604. gadā (Keplera supernova). Tomēr citās galaktikās mēs katru gadu atklājam simtiem supernovu, jo Visumā ir ļoti daudz galaktiku. Piemēram, ievērojama, tieši novērota saplūstoša supernova bija SN 1987A Lielajā Magelāna Miglājā (1987. gadā), no kuras tika reģistrētas arī neutrīnu plūsmas.
Supernovas atliekas
Pēc sprādziena redzam paliekošu struktūru — supernovas atliekas (SNR) — kurās karstas plazmas, magnētiskie lauki un putekļi emitē X‑starojumu, radioviļņus un redzamo gaismu. Šīs atliekas var saglabāties tūkstošiem līdz desmitiem tūkstošu gadu un sniedz svarīgu informāciju par sprādziena enerģiju, sintēzētajiem elementiem un apkārtējās vides īpašībām.
Slaveni piemēri
- SN 1604 (Keplera supernova) — pēdējā zināmā, ar neapbruņotu aci redzamā supernova mūsu galaktikā.
- SN 1054 — izraisīja Krabju miglāju, kas tagad ir labi pētīta supernovas atliekas paraugs.
- SN 1987A — labi novērota supernova Lielajā Magelāna Miglājā; ļoti svarīga, jo tai tika fiksēti neutrīni, kas apstiprināja teorijas par kodola sabrukumu.
Kopsavilkumā: supernovas ir reti, bet kosmiski nozīmīgi notikumi — tās atjauno un pārvieto elementus pa Visumu, izveido ekstrēmas kompaktas struktūras un ietekmē gan galaktiku evolūciju, gan mūsu izpratni par fizikas procesiem augstās enerģijas apstākļos.
Veidi
Supernovas parasti iedala I un II tipa supernovās.
I tipa supernovām ir absorbcijas līnijas, kas liecina, ka tajās nav ūdeņraža. Ia tipa supernovas ir ļoti spilgtas uz īsu laiku. Pēc tam tās ļoti ātri kļūst mazāk spilgtas. Ia tipa supernovas notiek, kad baltais punduris riņķo ap lielu zvaigzni. Dažreiz baltais punduris izsūc matēriju no lielās zvaigznes. Kad baltā rūķīša masa kļūst aptuveni 1,4 reizes lielāka par Saules masu, tā sabrūk. Tas rada daudz enerģijas un gaismas, tāpēc supernovas ir ļoti spilgtas. 1.a tipam lielākoties ir tāds pats spilgtums. Tas ļauj tās izmantot kā sekundārās standarta sveces, lai izmērītu attālumu līdz to saimnieka galaktikām.
II tipa supernovām ir absorbcijas līnijas, kas liecina, ka tajās ir ūdeņradis. Zvaigznes masai jābūt vismaz 8 reizes un ne vairāk kā 40-50 reizes lielākai par Saules masu, lai notiktu šāda veida sprādziens.
Tādās zvaigznēs kā Saule kodolsintēzes procesā ūdeņradis pārvēršas hēlā. Ļoti lielās zvaigznēs hēlijs pārvēršas skābeklī utt. Zvaigznes kodolsadalās ar aizvien lielākas masas elementiem, sākot no periodiskās sistēmas, līdz veidojas dzelzs un niķeļa kodols. Dzelzs vai niķeļa kodolsintēze nerada neto enerģiju, tāpēc kodolsintēze vairs nevar notikt. Taču kodola sabrukums ir tik straujš (aptuveni 23 % no gaismas ātruma), ka rodas milzīgs triecienvilnis. Ārkārtīgi augstā temperatūra un spiediens ilgst pietiekami ilgi, lai uz īsu brīdi rastos elementi, kas ir smagāki par dzelzi. Atkarībā no sākotnējā zvaigznes lieluma kodola atliekas veido neitronu zvaigzni vai melno caurumu.
Supernovas un dzīvība
Bez supernovām uz Zemes nebūtu dzīvības. Tas ir tāpēc, ka daudzi ķīmiskie elementi ir radušies supernovu eksplozijās. Tos sauc par "smagajiem elementiem". Smagie elementi ir nepieciešami, lai radītu dzīvas būtnes. Supernova ir vienīgais veids, kā var rasties smagie elementi. Pārējie elementi ir radušies kodolsintēzes rezultātā zvaigznēs. Smago elementu veidošanai ir nepieciešama ļoti augsta temperatūra un spiediens. Mačo supernovas sprādzienā temperatūra un spiediens ir tik augsti, ka smagie elementi var veidoties. Zinātnieki to sauc par supernovas nukleosintēzi.
Tas varētu būt bīstami, ja supernovas eksplozija notiktu ļoti tuvu Zemei. Sprādziens ir ļoti liels, un veidojas daudz bīstamu starojuma veidu. Taču mums nav jābaidās. Tikai ļoti lielas zvaigznes var eksplodēt kā supernovas. Zemes tuvumā nav pietiekami lielu zvaigžņu, un, ja tādas būtu, tad būtu nepieciešami miljoniem gadu, lai tas notiktu.
Svarīgas supernovas
SN 1572 novēroja Tiho Brahe. Šī supernova palīdzēja astronomiem uzzināt, ka lietas kosmosā var mainīties. SN 1604 novēroja Johannes Keplers. Tā bija pēdējā supernova, kas bija pietiekami tuvu, lai to varētu redzēt no Zemes ziemeļu puslodes bez teleskopa. SN 1987A ir vienīgā supernova, kas ir tik tuvu, ka zinātnieki varēja atrast tās radītos neitrīnus. SN 1987A bija arī pietiekami spilgta, lai to varētu redzēt bez teleskopa. To redzēja cilvēki dienvidu puslodē.
Ietekme uz Zemi
Uz Zemes patiešām ir pagātnes supernovu pēdas. Radioaktīvā dzelzs-60, kas ir spēcīgs supernovas atlūzu indikators, pēdas ir saglabājušās jūras dibenā visā pasaulē.
"Vietējais burbulis" ir karstas gāzes balons, kura diametrs ir 600 gaismas gadu. Tas ieskauj Saules sistēmu un dominē mūsu zvaigžņu tuvumā. Tas veidojās, vairāk nekā ducim supernovu uzsprāgstot netālu esošajā kustīgajā zvaigžņu kūlī. Tas notika pirms 2,3 miljoniem līdz 1,5 miljoniem gadu. Tas aptuveni sakrīt ar pleistocēna ledus laikmeta sākumu. Iespējams, šī saistība ir nejauša.
Saistītās lapas
Jautājumi un atbildes
Jautājums: Kas ir supernova?
A: Supernova ir milzīgas zvaigznes sprādziens, kas notiek, kad kodolsintēze nespēj noturēt kodola kodolu pret savu gravitāciju, izraisot tā sabrukumu un eksploziju.
J: Kāda veida zvaigznes rada supernovas?
A: Lielākās zvaigznes, kas rada supernovas, ir hiperģanti, bet mazākas - superģanti.
J: Cik daudz enerģijas izstaro supernovas?
A: Supernovas izstaro enerģiju, kas ir vienāda ar Saulei līdzīgas zvaigznes mūža ilgumu. Tās izstaro arī kopējo enerģiju, kas īslaicīgi pārspēj visu galaktikas jaudu.
J: Cik ātri sprādziena laikā pārvietojas materiāls no zvaigznes?
A: Sprādziena laikā materiāls no zvaigznes pārvietojas ar ātrumu līdz 30 000 km/s jeb 10 % no gaismas ātruma.
J: Kas notiek pēc sprādziena?
A: Pēc sprādziena tas, kas paliek, kļūst vai nu par melno caurumu, vai par neitronu zvaigzni.
Vai lielākā daļa zvaigžņu eksplodē kā supernovas?
A: Nē, lielākā daļa zvaigžņu ir mazas un nesprāgst kā supernovas. Pēc sarkanā milža fāzes tās kļūst aukstākas un mazākas, un tā vietā tās kļūst par baltajiem pundurzvaigznēm.
J: Kad pēdējo reizi cilvēki redzēja supernovu mūsu galaktikā, Piena Ceļā?
A: Pēdējo reizi supernovu mūsu galaktikā, Piena Ceļā, cilvēki redzēja 1604. gadā.
Meklēt