Нейтронные звезды и пульсары

Алан-э-Дейл       16.12.2022 г.

Как часто случаются взрывы сверхновых звезд?

В летописях человечества есть описания случаев, когда вдруг на небе начинала сверкать новая звезда, удивляя наблюдателей, терявших из виду эту «новорожденную» звезду спустя 2−3 недели. Сохранились сведения о семи таких случаях.

Крабовидная туманность, результат взрыва Сверхновой в 1054 г.Фото: ru.wikipedia.org

В 1604 году «новую» звезду в созвездии Змееносца наблюдали многие европейские астрономы, в том числе и Иоганн Кеплер. В 1680 году вспыхнула звезда в созвездии Кассиопея. После этого в нашей галактике (Млечный Путь) взрывов сверхновых ученые не наблюдали.

Астрономы прошлого, ведя наблюдение за звездами, назвали такие взрывы «новыми» и «сверхновыми», поскольку полагали, что они наблюдали рождение звезды. Осознание, что это явление показывает нам не рождение, а гибель звезды, пришло сильно после, когда ученые смогли лучше разобраться с физикой этого события.

Сегодня астрономы наблюдают каждый год около 60 взрывов сверхновых в других галактиках. Из наиболее близких к нам звезд, которые скоро должны стать сверхновыми — Бетельгейзе из созвездия Ориона, эта звезда «вот-вот» станет сверхновой. Она находится от Земли на расстоянии 642.5 световых года, потому ее взрыв не должен причинить нам вреда. Но зрелище будет крайне интересным. Ведь Крабовидная туманность, порожденная взрывом сверхновой в 1054 году, находилась на расстоянии в 10 раз большем, значит, эффект от взрыва звезды Бетельгейзе должен быть на порядок более ярким.

Положение Бетельгейзе в созвездии ОрионаФото: ru.wikipedia.org

Чем опасны сверхновые для жизни на Земле?

Учеными установлено, что во время взрыва звезда увеличивает свою светимость на 4−8 порядков (в миллиард раз), изливая в пространство вокруг себя чудовищные потоки радиации и высокоэнергетических частиц.

Ученые подсчитали, что при взрыве сверхновой на расстоянии до 50 световых лет от Солнечной системы это бы означало серьезные проблемы для всего живого на Земле, а взрыв звезды на расстоянии до 25 световых лет означал бы стерилизацию всего живого на поверхности Земли.

Тут действовали бы два фактора.

  1. С одной стороны, поток радиации и высокоэнергетических частиц убили бы все живое на поверхности Земли и в океанах (на дне глубоких впадин радиация была бы ослаблена).
  2. А с другой стороны, излучение уничтожило бы озоновый слой Земли, прикрывающий в настоящее время жизнь на планете от солнечной радиации — и пока он не восстановился бы, жизнь на поверхности была бы невозможна.

На наше счастье, Солнце находится на окраине галактики, соседних звезд у нас вовсе не так много. Среди близких к нам светил есть две подозрительных, которые через несколько миллионов лет, возможно, и взорвутся — но к этому времени они будут от нас намного дальше, чем сейчас. Так что с этой стороны гибель нам, кажется, не угрожает.

Что такое взрыв сверхновой звезды?

В звездах постоянно продолжается синтез элементов вплоть до железа. В самом начале своего существования они состоят почти из одного водорода с легкой примесью гелия. По мере их жизненного цикла они состоят из примерно 75% водорода, помимо которого — 13−14% гелия, остальные 1−2% — более тяжелые элементы, вплоть до железа. При этом водород и гелий находятся во внешней зоне звезды, а более тяжелые элементы концентрируются в более глубоких ее слоях.

Проходят миллионы лет, звезда сияет и излучает море энергии в пространство, а внутри нее постоянно происходят реакции термоядерного синтеза элементов. Когда запасы водорода в ней заканчиваются, звезда гибнет.

Тут возможны варианты. Особенно ярко, с переходом в фазу сверхновой, гибнут звезды с массой в 8−10 масс Солнца.

Как же происходит взрыв сверхновой? В настоящее время ученые считают, что есть два вида сверхновых:

  1. Сверхновые I типа — когда происходит грандиозный термоядерный взрыв.
  2. Сверхновые II типа — когда происходит гравитационный коллапс звезды.

Термоядерный взрыв сверхновой происходит со звездами, обладающими минимальным весом, при котором может произойти взрыв. Обычно это белые карлики, являющиеся углеродно-кислородными звездами. Если ядро звезды достаточно велико, то от центра к поверхности начинают происходить реакции синтеза тяжелых элементов.

Из углерода и кислорода при чудовищных давлениях и температурах получается кремний, а из двух ядер кремния получается ядро никеля — обе реакции синтеза сопровождаются чудовищным выбросом энергии. Далее никель трансформируется в кобальт, а тот в железо — и каждая реакция синтеза тоже сопровождается гигантскими выбросами энергии. Вещество звезды стремительно нагревается и начинает разлетаться в окружающее пространство. Так происходит взрыв сверхновой.

При гравитационном коллапсе звезда достаточно велика, чтобы ее гравитационное давление сдерживало результаты реакций синтеза тяжелых элементов. Огромная умирающая звезда с большим железным ядром остается стабильной, пока внутреннее давление сдерживает гравитационное.

Но, наконец, гравитационное давление вновь синтезированных тяжелых элементов превышает внутреннее давление. Начинается гравитационный коллапс ядра с превращением его в нейтронную звезду. Чудовищное количество выделяемой при этом энергии буквально сдувает в пространство внешние слои бывшей гигантской звезды. В центре взрыва остается маленькая нейтронная звезда, а большая часть массы звезды с огромными скоростями разлетается во все стороны.

Диаметр Крабовидной туманности — 6 световых лет, а ведь образовалась она около 1000 лет назад. Получается, что скорость разлета составляла до 7000 км/сек.Крабовидная туманность в инфракрасном диапазоне (космический телескоп Спитцер)Фото: ru.wikipedia.org

Гость форума
От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.