Ближайшая к земле сверхновая вот-вот взорвется. чем это грозит для землян?

Содержание

• Слайд 1

  https://www.youtube.com/user/Kralizets/videos?view=0

• Слайд 2

  Знаменитый датский астроном Тихо Браге ввел понятие «новая звезда». Это термин обозначает светило, которое неожиданно вспыхнуло на небосводе в 1572 г.
  https://www.youtube.com/user/Kralizets/videos?view=0

• Слайд 3

  Именно с того времени астрономы стали так называть звезды, блеск которых резко увеличивается. Яркость вспыхнувшего светила возрастает в несколько тысяч раз, и по своему блеску оно превосходит любую из видимых звезд на небе.
  Новая звезда
  https://www.youtube.com/user/Kralizets/videos?view=0

• Слайд 4

  Причиной вспышки новой звезды служит взрыв в ее внешней оболочке, сопровождаемый выделением большого количества энергии. В некоторых случаях звезда увеличивается до размера, который в сотни раз превышает ее первоначальный объем.
  В результате яркость звезды значительно возрастает.
  Атмосфера светила, в которой случился взрыв, разлетается с огромной скоростью, превышающей 1000 км/с, в космическом пространстве.
  https://www.youtube.com/user/Kralizets/videos?view=0

• Слайд 5

  После попадания света от этой сброшенной газовой оболочки в земные телескопы, она становится видна как слабо светящаяся туманность, которая окружает звезду. Постепенно, удаляясь все дальше от родной звезды, оболочка растворяется в пространстве. А сама звезда примерно через два года приобретает прежний вид.
  Новая звезда
  https://www.youtube.com/user/Kralizets/videos?view=0

• Слайд 6

  Во-первых, новые звезды входят в состав двойных систем. При этом пара всегда состоит из нормальной звезды, по массе и размеру немного уступающей Солнцу, и белого карлика.
  Характерное свойство двойных систем — близость расположения звезд друг к другу. Их взаимодействие сложное явление. за счет гравитационного притяжения белый карлик «ворует» вещество у нормальной звезды. Струи газа, перетекающих к белому карлику, закручиваются вокруг него и после множества оборотов падают на поверхность этой звезды.
  https://www.youtube.com/user/Kralizets/videos?view=0

• Слайд 7

  В результате в оболочке белого карлика начинает накапливаться «термоядерное горючее». Звезда взрывается, когда его масса достигает критических величин. Выделяемая при этом энергия в миллионы раз превышает мощность взрыва водородной бомбы!
  Рождение новой звезды
  https://www.youtube.com/user/Kralizets/videos?view=0

• Слайд 8

  По данным ученых, в каждой галактике ежегодно вспыхивает около 30 новых звезд, но большинство из них невозможно увидеть из-за огромных расстояний, а также поглощения света галактической пылью.
  Рождение новой звезды
  https://www.youtube.com/user/Kralizets/videos?view=0

• Слайд 9

  После потери части вещества светилом расстояние в паре уменьшается, а скорость вращения, наоборот, увеличивается. Как полагают астрономы, дальнейшая эволюция приводит слиянию двух звезд.
  Рождение новой звезды
  https://www.youtube.com/user/Kralizets/videos?view=0

• Слайд 10

  Зачастую в жизни звезд случаются катастрофы, обладающие чудовищной силой взрыва, который полностью разрушает светило, не оставляя ему возможностей вернуться к первоначальному состоянию. Энергия, которая выделяется при подобных «потрясениях», фантастическая. Всего за пару месяцев взорвавшаяся звезда излучает столько энергии, сколько наше Солнце — за несколько десятков миллиардов лет. При максимальном блеске такие звезды светят, как несколько миллионов Солнц одновременно!
  https://www.youtube.com/user/Kralizets/videos?view=0

• Слайд 11

  Сверхновые звезды

  Главное отличие сверхновых звезд от новых — грандиозность вспышки: их яркость в тысячи раз больше. Появление сверхновой звезды — явление очень редкое. В каждой галактике вспышки происходят один раз в 100—300 лет.
  https://www.youtube.com/user/Kralizets/videos?view=0

• Слайд 12

  Первая внегалактическая сверхновая была обнаружена в 1885 г. в галактике Туманность Андромеды немецким астрономом Карлом Гартвигом (1851 — 1923).
  Сверхновые звезды
  https://www.youtube.com/user/Kralizets/videos?view=0

• Слайд 13

  Сегодня ученые открывают ежегодно 10—20 внегалактических сверхновых.
  Сверхновые звезды
  https://www.youtube.com/user/Kralizets/videos?view=0

Посмотреть все слайды

Системы новых.

Наблюдения при помощи больших телескопов показали, что катаклизмические переменные состоят из двух звезд – главной звезды и спутника, обращающихся вокруг общего центра масс под действием взаимного притяжения. Обычно спутником служит звезда размером с Солнце. Главной звездой является маленький и горячий белый карлик: его масса близка к солнечной, а радиус примерно равен земному. Это означает, что его плотность очень велика – в несколько миллионов раз выше плотности воды (наперсток такого вещества весит более тонны). Белые карлики являются последней стадией эволюции звезд типа Солнца. Наличие белого карлика в двойной системе указывает на ее большой возраст (один из компонентов системы имел достаточно времени, чтобы дойти до конца своей эволюции).

Эволюция звезд типа Солнца начинается с медленного превращения водорода в гелий в ядре звезды. Примерно через 10 млрд. лет, когда ядро становится полностью гелиевым, внешние слои звезды расширяются, и она превращается в красный гигант (Солнце на этой стадии эволюции увеличится так, что выйдет за пределы орбиты Земли). В ходе дальнейшей эволюции гелий превращается в углерод, кислород и, возможно, неон. Ядро звезды становится все более плотным, а внешние слои расширяются все больше, пока не рассеются в пространстве. В этот момент вокруг звезды образуется газовая оболочка, расширяющаяся в пространство и называемая «планетарной туманностью». В ядре звезды, ставшем белым карликом, термоядерные реакции больше не происходят.

Подобный ход эволюции должна была бы пройти и главная звезда в системе катаклизмической переменной. Но, поскольку она обращается вокруг другой звезды, ее размер не может превысить расстояния до звезды-спутника. Когда внешние слои главной звезды расширяются, спутник попадает в них, тормозится, и две звезды начинают медленно по спирали сближаться. Это продолжается до тех пор, пока главная звезда не сбросит оболочку и не станет белым карликом. Астрономам удалось обнаружить короткопериодические затменные двойные звезды, окруженные такими расширяющимися облаками газа.

В конце этой стадии эволюции спутник еще не изменяется, а главная звезда, сбросив оболочку, медленно остывает. Она состоит из углеродно-кислородного ядра, окруженного тонким слоем гелия. Продолжая эволюционировать, спутник в конце концов тоже достигает стадии расширения. Его внешние слои распухают до такой степени, что белый карлик начинает сдирать со спутника оболочку и притягивать ее к себе. Оседающий на его поверхность газ образует все более толстый слой, основание которого сжимается и нагревается, пока не достигнет температуры термоядерного возгорания. Поскольку падающее со спутника вещество в основном содержит водород, оболочка белого карлика становится готова к взрыву.

Будущие сверхновые могут «линять»

Затухание сверхновых обычно происходит всего за несколько недель или месяцев, однако ученые смогли в деталях изучить иной механизм космических взрывов, известных как быстро развивающиеся оптические транзиенты (fast-evolving luminous transient, FELT). Об этих взрывах известно давно, однако они происходят так быстро, что долгое время их не удавалось изучить подробно. На пике светимости эти вспышки сравнимы со сверхновыми типа Ia, но протекают они гораздо быстрее. Максимальной яркости они достигают менее чем за десять дней, а меньше чем через месяц полностью исчезают из виду.

Изучить явление помог космический телескоп «Кеплер». FELT случившийся в 1,3 миллиарда световых лет от нас и получивший обозначение KSN 2015K, оказался экстремально коротким даже по меркам этих скоротечных вспышек. Нарастание блеска заняло всего 2,2 дня, и всего 6,8 дней яркость превышала половину максимума. Ученые выяснили, что такая интенсивность и скоротечность свечения не вызвана распадом радиоактивных элементов, магнетаром или черной дырой, которые могли бы находиться поблизости. Оказалось, что речь идет о взрыве сверхновой в «коконе».

На последних стадиях жизни звезды могут сбрасывать с себя внешние слои. Обычно так расстаются со своим веществом не слишком массивные светила, которым не грозит перспектива взорваться. Но и с будущими сверхновыми, по-видимому, может случиться эпизод такой «линьки». Эти последние стадии жизни звезд еще недостаточно изучены. Ученые объясняют, что когда ударная волна от взрыва сверхновой сталкивается с веществом сброшенной оболочки — происходит FELT.

Построение детального описания

Теория сверхновых Ia

Помимо неопределённостей в теориях сверхновых Ia, описанных выше, много споров вызывает сам механизм взрыва. Чаще всего модели можно разделить по следующим группам:

• Мгновенная детонация.
• Отложенная детонация.
• Пульсирующая отложенная детонация.
• Турбулентное быстрое горение.

По крайней мере для каждой комбинации начальных условий перечисленные механизмы можно встретить в той или иной вариации. Но этим круг предложенных моделей не ограничивается. В качестве примера можно привести модели, когда детонируют сразу два белых карлика. Естественно, это возможно только в тех сценариях, когда оба компонента проэволюционировали.

Взрыв галактического масштаба

Чем массивнее и ярче звезда, тем быстрее она расходует запасы горючего и тем короче её жизненный путь. В основной части жизненного цикла звезды идёт процесс превращения водорода в гелий. Массивные звёзды в десятки солнечных масс успевают сжечь весь водород всего за несколько миллионов лет. В конце эволюции, после завершения эпохи сияния, звёзды сбрасывают внешние слои, а центральное ядро превращается в белого карлика, нейтронную звезду или чёрную дыру. Внешняя оболочка звезды, из-под которой оказывается выбита всякая опора, обрушивается к центру. Энергия столкновения обрушившейся внешней оболочки с нейтронным ядром очень высокая. Она с огромной скоростью отскакивает от ядра и разлетается во все стороны от него — звезда буквально взрывается в ослепительной вспышке сверхновой звезды. За считанные секунды при вспышке сверхновой может выделиться в пространство больше энергии, чем выделяют за это же время все звёзды галактики вместе взятые! Взрыв тяжёлой сверхновой звезды сопровождается не только резким увеличением светимости, «но и выбросом огромной массы газа и пыли в окружающее пространство. Из подобного остывшего «праха» когда-то образовалась и наша Солнечная система. Затем на планете Земля появились растения, животные и человек. Таким образом, все атомы тяжёлых элементов внутри нас когда-то были внутри бурлящего термоядерного реактора какой-то из звёзд. После такого чудовищного взрыва остаётся расширяющаяся оболочка сверхновой, которая часто сияет ярче целой галактики. Однако этот космический фейерверк умирающего светила совсем недолог, и уже через несколько месяцев сверхновая исчезает в глубинах космоса. От фантастического катаклизма остаётся только облачко туманности, которая как призрачный саван охватывает остатки звезды.

Знаете ли вы что…

Астрономы Европейской южной обсерватории (Чили) открыли в планетарной туманности Henize 2-428 два сближающихся сверхмассивных белых карлика. Через 700 млн. лет они сольются вместе в сверхновой вспышке.

Рождение новых звезд

Сверхновая вспыхнувшая в 1604 году

Новые вспышки являются термоядерными взрывами, происходящим в некоторых тесных звездных системах. Такие системы состоят из белого карлика и более крупной звезды-компаньона (звезды главной последовательности, субгиганта или гиганта). Могучее тяготение белого карлика притягивает вещество из звезды-компаньона, в результате чего вокруг него образуется аккреционный диск. Термоядерные процессы, происходящие в аккреционном диске, временами теряют стабильность и приобретают взрывной характер.

В результате такого взрыва яркость звездной системы увеличивается в тысячи, а то и в сотни тысяч раз. Так происходит рождение новой звезды. Доселе тусклый, а то и невидимый для земного наблюдателя объект приобретает заметную яркость. Как правило, своего пика такая вспышка достигает всего за несколько дней, а затухать может годами. Нередко такие вспышки повторяются у одной и той же системы раз в несколько десятилетий, т.е. являются периодичными. Также вокруг новой звезды наблюдается расширяющаяся газовая оболочка.

Сверхновые взрывы обладают совершенно иной и более разнообразной природой своего происхождения.

Белый карлик, «воскрешающий» себя за счет звезды-компаньона

Питаться энергией другого объекта это вампиризм?

Космическое рентгеновское излучение может быть мягким и жестким. Для мягкого требуется всего лишь нагретый до нескольких сотен тысяч градусов газ. Жесткое требует настоящих космических «печей», разогретых до десятков миллионов градусов.

Оказывается, что есть еще и «супермягкое» рентгеновское излучение. Его могут создавать белые карлики, ну или по крайней мере один, о котором сейчас пойдет речь. Этим объектом является ASASSN-16oh. Изучив его спектр, ученые обнаружили наличие низкоэнергетических фотонов мягкого рентгеновского диапазона. Сначала ученые предположили, что причиной этого являются непостоянные термоядерные реакции, которые могут запускаться на поверхности белого карлика, подпитываясь водородом и гелием, притянутыми от звезды-компаньона. Такие реакции должны начинаться внезапно, ненадолго охватывая всю поверхность карлика, и снова затихать. Однако дальнейшие наблюдения за ASASSN-16oh подвели ученых к другому предположению.

Согласно предложенной модели, партнером белого карлика в ASASSN-16oh является рыхлый красный гигант, от которого тот интенсивно перетягивает вещество. Это вещество сближается с поверхностью карлика, закручиваясь вокруг него по спирали и раскаляется. Именно его рентгеновское излучение и было зарегистрировано учеными. Перенос массы в системе происходит нестабильно и чрезвычайно быстро. В конечном итоге, белый карлик «наестся» и озарится сверхновой, погубив при этом и свою звезду-компаньона.

Каковы предпосылки появления

Сверхновая звезда рождается, когда в её центральной части происходят определённые изменения. Она представлена в двух основных типах.

1. Двойные системы звёздного типа. Классические двойные звёзды являются объектами, имеющими между собой взаимосвязь за счёт общего центра. Одна из них пользуется веществом второй и становится чрезмерно массивной. Тем не менее, способность к уравновешиванию внутренних процессов у неё отсутствует, поэтому и происходит взрыв.
2. Момент смерти космического объекта. С течением времени топливный ресурс заканчивается, вследствие чего определённая часть массы поступает в ядерную область и становится тяжёлой, что приводит к невозможности выдерживания собственной гравитации. Это приводит к появлению процесса расширения и последующему взрыву светила.

Скрытая угроза умирающих звёзд

В нашей галактике Млечный Путь сверхновые вспыхивают несколько раз в столетие. Эти сравнительно редко наблюдаемые с Земли космические события могут оказаться просто смертельными для человеческой цивилизации своими губительными потоками высокоэнергетического излучения. Однако вероятность взрыва сверхновой вблизи Солнечной системы не столь и велика. Гораздо чаще учёные наблюдают конечный результат таких космических сверхвзрывов. Вспышки сверхновых представляют собой одни из самых катастрофических катаклизмов во Вселенной. На самом деле эти чудовищные извержения материи и энергии, так же как и породивший наш мир Большой Взрыв, по своей сути очень мало напоминают привычные нам взрывные процессы. Нам просто не с чем сравнить в земных условиях подобные фантастические катаклизмы. Ведь «взрыв» сверхновой эквивалентен взрыву одного миллиона триллиона триллионов (единица с тридцатью нулями!) мегатонн одного из самых сильных взрывчатых веществ — тринитротолуола. Масштаб бедствия для окружающей среды в случае вспышки на одной из ближайших к нам звёзд сопоставим с ядерным взрывом в нескольких километрах (соответствующих световым годам) от муравейника — нашей Солнечной системы. Естественно, что в этом случае жизнь на нашей планете исчезнет… Вот и исследования палеонтологов показывают, что два миллиона лет назад произошла какая-то чудовищная экологическая катастрофа, так что большая часть живых организмов в земных океанах вымерла. А не так давно в одном из номеров престижного физического журнала «Physical Review Letters» были опубликованы две статьи, посвящённые этой проблеме. Их авторы полагают, что причиной массовой гибели морских организмов мог стать взрыв сверхновой звёзды. Эта звезда взорвалась в районе созвездий Скорпиона и Центавра на довольно близком расстоянии — 130 световых лет. Выброшенное сверхновой сверхэнергичное излучение могло буквально снести защитный экран озонового слоя в земной атмосфере. После этого вся ионосфера Земли напоминала бы сплошную озоновую дыру. Тогда и ультрафиолетовое излучение Солнца смогло бы практически беспрепятственно достигать поверхности. Солнечный ультрафиолет выжег бы множество микроорганизмов, в том числе океанический планктон, что катастрофически прервало бы пищевые цепочки, ведущие к высшим организмам. Пострадал бы также и растительный мир. Подобное истощение флоры и фауны должно было бы привести к вымиранию многих видов животных и растений. Вполне возможно, что если бы подобная вспышка произошла всего лишь в десятке световых лет, то земная эволюция живых существ была бы отброшена назад на сотни миллионолетий…

Метки: Тайны 20 века, энергия, астрономия, взрыв, звезда, гелий, излучение, водород, светило, сверхновая, Олег Фейгин

Вспышка.

Вспышка новой – одно из наиболее драматических событий в астрономии. Новая, вспыхнувшая в 1975 в созвездии Лебедя, почти достигла яркости Денеба (ярчайшей звезды в Лебеде) и сохраняла такую яркость около трех суток. Хотя блеск большинства новых усиливается примерно в миллион раз, блеск этого необычного объекта усилился в 100 млн. раз. Новые достигают максимального блеска за несколько часов и находятся в стадии максимума различное время. «Быстрые» новые сохраняют максимальный блеск от нескольких часов до 1–2 сут, а затем быстро ослабевают. «Медленные» новые не так быстро усиливают свой блеск, дольше находятся в максимуме и гораздо медленнее гаснут. Например, Новая Геркулеса 1934 находилась в максимуме блеска почти три месяца, затем быстро ослабела в течение месяца, после чего немного усилила свой блеск и продолжила медленное ослабление в течение нескольких лет. Другая очень медленная новая вспыхнула в Дельфине в 1967 и находилась в стадии максимального блеска почти год. Быстрое ослабление и последующее небольшое усиление блеска Новой Геркулеса 1934 и других подобных новых говорит об образовании малых твердых частичек в веществе, выброшенном звездой при взрыве. Эти частички конденсируются в микроскопические углеродные зернышки, поглощающие свет.

Эволюция спектра новой звезды во время вспышки сложна и интересна (см. также СПЕКТР). Спектры, полученные в период усиления блеска, показывают, что расширяющиеся слои газа сохраняют высокую температуру (40 000–50 000 К). В момент достижения максимума блеска температура газа падает до 10 000 К, а спектр лишь немного отличается от спектров обычных звезд (см. также ЗВЕЗДЫ). У быстрых новых линии поглощения углерода, азота и кислорода довольно сильные и вначале смещены только в коротковолновую область. Из этого следует, что наблюдаемое вещество движется в направлении Земли со скоростью несколько сотен и тысяч километров в секунду. Сразу после максимума блеска расширяющееся облако газа становится прозрачным, позволяя астрономам видеть не только приближающиеся, но и удаляющиеся его части: облако расширяется во все стороны от центрального объекта. В спектре появляются широкие и яркие эмиссионные линии водорода и других элементов. Анализ спектров показывает, что примерно 0,001% массы звезды (что составляет от 10 до 100 масс Земли) выбрасывается в пространство и что состав вещества сильно отличается от того, который наблюдается в атмосфере Солнца. По отношению к содержанию водорода отмечается очень много гелия, а также углерода, азота, кислорода и иногда неона. Существует корреляция между скоростью вспышки и степенью избытка этих элементов: быстрые новые выбрасывают больше углерода, азота и кислорода, чем медленные. Через несколько лет на месте вспышки новой можно наблюдать расширяющееся облако. Полная энергия такой вспышки (т.е. энергия излучения плюс кинетическая энергия выброшенной оболочки), равна энергии термоядерного синтеза гелия из водорода с массой, равной массе Земли. См. также ЯДЕРНЫЙ СИНТЕЗ.

Сверхновые IIb типа

Сверхновая IIb типа имеет слабую линию водорода в исходном спектре, поэтому она классифицируется как тип II. Однако позднее излучение водорода становится незаметным, но есть второй пик кривой блеска, который имеет спектр, который более напоминает сверхновую Ib типа. Предшественник мог быть массивной звездой, который выбросил большинство внешних слоёв, или который потерял большую часть своей водородной оболочки из-за взаимодействия с компаньоном в двойной системе, оставив после себя ядро, состоящее почти полностью из гелия. По мере того, как выбросы типа IIb расширяются, слой водорода быстро становится более прозрачным и выявляет более глубокие слои. Классическим примером сверхновой типа IIb является сверхновая SN 1993J, другой пример Кассиопея А. Класс IIb был впервые предложен (как теоретическая концепция) Woosley et al. в 1987 году, и этот класс вскоре был применен к SN 1987K и SN 1993J.