1
Сверхновые (SN) =11 h 56 ь = 55008’ m. V=11. 8 Сверхновая 1998 aq в галактике NGC 3982 в момент вспышки. Расстояние до галак- тики 60 000 с. л. Находится в созвездии Большой Медведицы. Сверхновые – это звезды, при вспышке (взрыве) которых их cветимость увеличивается на десятки звездных величин, достигая в максимуме абсолютной звездной величины от – 11 m до – 19 m. В максимуме блеска Сверхновая может быть ярче всей галакти- ки, в которой она вспыхнула (см. снимок). Если в типичной галактике 1011 звезд( как в нашей Галактике) и каждая звезда излучает как Солнце (~1033 эрг/сек), то светимость Сверхновой может быть порядка 1044 эрг/сек. . 2
Вспышки сверхновых в других галактиках (1) SN 2002 Сверхновые (до и во время вспышки) показаны стрелками. 3
Вспышки сверхновых в других галактиках (2) Галактики до взрыва Сверхновой Галактики в момент вспышки Сверхновой 4
SN 2005 ap: сверхновая с самой большой светимостью Абсолютная яркость этого взрыва Сверхновой была настолько велика, что с расстояния почти в 5 миллиардов световых лет (красное смещение z= 0. 28) ее можно было увидеть даже с небольшим телескопом. 5
Сравнительные характеристики Сверхновых SNII Первоначальная масса <0. 8 M 8 -50 M Кривая блеска Плавная кривая с плато Максимальная светимость 107 L Генерация энергии Ядерная Гравитация Тип населения Старое население II Молодое население I Водородные линии Присутствуют Отсутствуют Двойственность системы Обычно имеется Отсутствует Частота вспышек в Галактике 1 вспышка в 36 лет 1 вспышка в 44 года Вспышки в Егалактиках Наблюдаются Не наблюдаются Характеристики 106 L Сверхновые делятся на два типа. 6
Кривые блеска двух типов Сверхновых L/L Сверхновые типа SN II Сверхновые типа SN I Время (в днях) Видно, что на кривых блеска Сверхновых второго типа имеется плато (горб). 7
Пример: Кривая блеска для SN I 1987 А m m дни 1. В течение примерно 100 дней яркость увеличивается на m=15 m-18 m 2. Максимум яркости длится несколько дней. 3. Затем яркость начинает уменьшаться сперва быстро а потом медленно, достигая своей первоначальной яркости. 8
Причины взрывов Сверхновых SNI (1) Многие звезды входят в Состав двойных систем. Если одним компонентом является белый карлик, то он из-за своего сильного гравитационного Поля начинает перетягивать на себя вещество Соседней звезды и приобретает массу выше предела Чандрасекара. Излишек приобретенной массы приводит к коллапсу белого карлика. В ядре БК ядерные реакции нарушаются и происходит взрыв (см. следующий слайд). В двойной системе RS Змееносца постоянно происходят взрывы. Каждые 20 лет красный гигант (объект справа) сбрасывает с себя водородный газовый слой на 9 своего компаньона – белого
Причины взрывов Сверхновых SNI (2) 10
Причины взрывов Сверхновых SNII Термоядерные реакции производят все более тяжелые элементы (до железа). Железо имеет ядро с сильно связанными компонентами, поэтому ядерные реакции после образования железного ядра теряют темп. Энергия, образованная в результате этих слабо текущих реакций, уходит из центра звезды, и это имеет катастрофические последствия: происходит быстрый коллапс ядра, которому ничто не противодействует (даже вырожденность электронного газа), пока ядро не станет размером в 10 км с плотностью в 200 млн тонн/см 3. При таких экстремальных условиях свободные электроны и протоны соединяются с образованием нейтронов: p+ + e- n + νе Нейтрино безпрепятственно уходят из ядра унося энергию в 1053 эрг, способствуя еще большему коллапсу. Когда ядро сожмется до размеров порядка 10 км, нейтронная вырожденность (давление нейтронов) приостановит сжатие. Структура звезды на стадии перед вспышкой как Сверхновая 11
Стадии перед взрывом Сверхновой II типа (SNII) Плотное ядро Звезда до взрыва коллапсирует, увлекая за собой в свободное падение Коллапс ядра к центру наружные Взаимодействие ядра со слои звезды. Когда сжимающейся оболочкой нейтрино ядро сильно Взрывной выброс оболочки уплотняется, его Взрывной выброс сжатие оболочки свет прекращается, и на верхние слои обрушивается Остаток звезды встречная ударная излучает в рентгеволна, а также новском, видимом выплескивается и радио диапазонах энергия огромного Звезда увеличивает свой числа нейтрино. В блеск в 108 раз результате оболочка разлетается со скоростью 10 000 км/с, обнажая нейтронную звезду, либо черную дыру. При вспышке Сверхновой выделяется 12 энергия 1051 эрг.
Сверхновые в нашей Галактике Солнце Центр Галактики Указаны года открытия Сверхновых Всего число открытых Сверхновых около 600. Но лишь несколько Сверхновых зарегестрированы в нашей Галактике. Это связно с тем, что вспышки, в основном, происходят в плоскости Галактики, где много пыли. Поэтому их трудно наблюдать 13
В галактике NGC 6946 за несколько десятков лет удалось зарегистро- рировать целых 7 сверхновых. В среднем, наблюдая 100 галактик, можно встретить одну вспышку в год. Дальнейший прогресс прибо- ров позволил увидеть в далеких галактиках одну вспышку в месяц, а затем и по одной в каждую неделю. 14
В средней спиральной галактике вспышки Сверхновых происходят всего раз за сто лет. Однако в замеча тельной спиральной галактике NGC 2770 недавно произошло больше вспышек, На этом изображении видимой с ребра спиральной галактики отмечены две все еще яркие сверхновые, а также место, на котором в 1999 году наблюдалась Сверхновая, которая сейчас уже не видна. Галактика , взрыв сверхновой находится на расстоянии в 90 миллионов световых лет в северном созвездии Рысь. В настоящее время это ближайшая известная галактика, в которой произошел такой мощный взрыв. 15
Сверхновая SN 1987 A В 1987 году была открыта Сверхновая Большого Магелланового Облака. Это была первая близкая Сверхновая со времен открытия Кеплером Сверхновой 1604 года. Одна из особенностей этого открытия было следующее. - Впервые астрономы на основе предыдущих наблюдений установили, что эта звезда наблюдалась еще до взрыва. На рисунке эта звезда указана стрелкой. =05 h 35 ь = -69016’ m. V=2. 9(max) Эта звезда оказалась сверхгигантом с температурой Т=16000 К, с массой в 20 М и светимостью в 100 000 раз большей солнечной. - Японские астрофизики зарегестрировали около 20 нейтрино из 1059 нейтрино, излученных при коллапсе ядра. Это соответствовало теоретическим представлениям о механизме вспышек Сверхновых и образования нейтронных звезд. - Наблюдения в гамма-диапазоне обнаружили ядра элементов, произведенных во время вспышки. 16
1991 Сверхновая SN 1987 A через 4, 7 и 16 лет после вспышки. . 1994 2003 17
Сверхновая 1987 a вспыхнула в Большом Магеллановом Облаке в начале 1987 года. Сама сверхновая затухла за несколько месяцев, а формирующийся остаток первое десятилетии почти никак себя не проявлял - это был один из самых тихих космических объектов. Но так не могло продолжаться вечно, ведь другие остатки сверхновых (уже полностью сформировавшиеся) достаточно сильно излучают в рентгеновском и радио диапазоне. Это свечение вызывается взаимодействием расширяющейся оболочки, сброшенной при взрыве сверхновой, с межзвездной средой. Именно этот процесс наблюдается последние несколько лет в формирующемся остатке SN 1987 a. Вверху приведены рентгеновские изображения (кликните на рисунок, и вы увидете их все), наложенные на контуры оптического изображения сверхновой, полученные на Хаббловском телескопе. Снимки охватывают период с 1999 по 2002 гг. Увеличение размера остатка на глаз почти не заметно, в отличии от явного усиления рентгеновской светимости. Рентгеновская светимость остатка также усиливается. Более того это усиление начинает отклоняться от линейного закона, наблюдавшегося после ее появления. Этот процесс хорошо иллюстрируют радио и 18 рентгеновская кривые блеска, приведенные ниже.
Сентябрь, 1993 Ноябрь, 1993 Расширение оболочки Сверхновой 1993 года. Февраль, 1 994 Май, 1994 0. 1 свет. года Сентябрь, 1994 19
Сверхновая 1054 года (1) Каньон Чако 4 июля 1054 года китайские астрономы заметили «звездугостью» в созвездии Тельца. Эта звезда была в 4 раза ярче Венеры, т. е. звезда имела звездную величину – 6. Вероятно, что эту звезду наблюдали и индейцы, жившие в районе каньона Чако (штаты Аризона и Нью-Мехико). На снимке слева показано 20 найденное там изображение.
Сверхновая 1054 года (2) Несколько столетий спустя астрономы навели телескоп на область, указанную китайскими астрономами и обнаружили =05 h 34 ь там =-22001’ туманность (левый снимок m. V=-8. 4 вверху). Эта туманность (названная Декабрь, Крабовидной) является 1995 Февраль, 1996 результатом Апрель, 1996 вспышки сверхновой 1054 года. Нижние снимки дают увеличенное изображение центральной Изменения во внутренней части туманности Левая светлая точка это 21 положение
Сверхновая 1604 года Сверхновую наблюдал И. Кеплер. Астрономы позднее получили изображения в разных спектральных диапазонах. =17 h 30 m =--21029’ m. V=-2. 5 Снимок слева это комбиниро- ванное изображение, полученное наложением изображений в оптическом, рентгеновском и инфракрас- ном диапазонах спектра. Сверхновая Кеплера это последний взрыв звезды, пронаблюденный в нашей Галактике. Расстояние до объекта <20 000 с. л. 22
Самая далекая Сверхновая 1997 ff A – изображения далеких галактик, полученное телескопом Хаббла. Квадратиком обозначена область, где была открыта A Сверхновая. Зная ее светимость (M=-20 m ) и определив видимую звездную величину m, можно определить расстояние до нее. Оно оказалось равным 10 млрд световых лет. B – Изображение области в квадратике с большим разре. B C шением. Стрелкой указана вспышка Сверхновой. С – Сверхновая находится в центре изображения. 23
Роль Сверхновых в звездообразовании - Сверхновые выбрасывают высокотемпературный газ в межзвездную среду. - Взрывы в галактике происходят примерно 2 раза в год, и этот темп достаточен, чтобы сделать межзвездную среду хаотичной и создать большие области горячего газа. - Гравитация создает гигантские молекулярные облака. Пыль в центре этих облаков препятствует ионизации и способствует образованию сложных молекул. - Эти облака далее сжимаются и образуют новое поколение звезд, которое будет обогащено тяжелыми элементами, выброшенными ранее Сверхновыми. - Новые звезды внутри облака начинают ионизовать окружающее вещество и создают эмиссионные туманности. - Давление излучения от этих звезд вызывает расширение облака, которое в конце концов будет разрушено. 24
Вспышки сверхновых поставляют в межзвездное пространство выброш вещество, обогащенное тяжелыми элементами, произведенными в резу термоядерных реакций. Из этого вещества впоследствии образуются зв следующего поколения. Их химический состав будет содержать больше тяжелых элементов, чем звезды предыдущего поколения. Оболочка с тяжелыми элементами Новые звезды Сверхновая Новое молекулярное облако 25