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.