Supernova - tai milžiniškos žvaigždės sprogimas. Jis paprastai įvyksta, kai branduolių sintezė nesugeba išlaikyti branduolio prieš savo gravitaciją. Šerdis suyra ir sprogsta.
Didžiausios supernovos vadinamos hiperžvaigždėmis, o mažesnės - superžvaigždėmis. Jos yra masyvios: dėl gravitacijos jos labai greitai išeikvoja savo energiją. Paprastai jos gyvena tik keletą milijonų metų.
Sprogimo metu bendra supernovų išspinduliuojama energija trumpam gali viršyti visą galaktikos energiją. Jos išspinduliuoja tiek energijos, kiek per visą Saulės tipo žvaigždės gyvavimo laiką. Sprogimo metu žvaigždės medžiaga nuo žvaigždės atplyšta iki 30 000 km/s arba 10 % šviesos greičio greičiu. Tai sukelia smūginę bangą į aplinkinę tarpžvaigždinę terpę. Ji išsklaido besiplečiantį dujų ir dulkių apvalkalą, kurį matome kaip supernovos liekaną. Po sprogimo tai, kas lieka, tampa juodąja skyle arba neutronine žvaigžde.
Dauguma žvaigždžių yra mažos ir nesprogsta. Jos tampa šaltesnės ir mažesnės, ir tampa baltosiomis nykštukėmis.
Supernovų sprogimai įvyksta retai. Mūsų galaktikoje, Pieno kelyje, paskutinė supernova įvyko 1604 metais. Supernovas galime matyti ir kitose galaktikose. Kasmet kitose galaktikose matome 300 supernovų, nes galaktikų yra labai daug. Kartais jos būna ryškesnės už visas likusias galaktikas.
Kas sukelia supernovas: pagrindinės rūšys
Yra dvi pagrindinės supernovų grupės pagal sprogimo mechanizmą:
- Branduolio kolapsas (core-collapse) – vyksta masyvioms žvaigždėms (dažniausiai >8 kartų daugiau masės už Saulę). Kai sunkieji branduoliniai degimo etapai baigia išskirti energiją, branduolio paramos nepakanka ir jis sugriūva. Staigus griūtis sukelia smūginę bangą, kuri išmetą žvaigždės išorinius sluoksnius ir sukuria supernovą. Likusioje šerdyje gali susiformuoti neutroninė žvaigždė arba, jei masė pakankamai didelė, juodoji skylė.
- Termobranduolinės (thermonuclear) supernovos – Type Ia – vyksta binarinėje sistemoje, kai baltosios nykštukės paviršiuje kaupiasi materija iš artimo draugo (kitos žvaigždės) arba dvi baltos nykštukės susijungia. Jei baltoji nykštukė pasiekia kritinę masę, prasideda nekontroliuojama branduolių sintezė (įskaitant anglies ir deguonies sprogimą) ir žvaigždė sprogsta visiškai, nepalikdama likučio.
Supernovų tipai ir požymiai
Observatoriškai supernovos skirstomos pagal spektro požymius ir šviesos kreivę. Pagrindiniai tipai:
- Type I – be vandenilio spektrinėse linijose. Subtipai: Ia (termobranduolinės), Ib/c (branduolio kolapso žvaigždės, kurios praradusios išorinius vandenilio ir galbūt helio sluoksnius).
- Type II – turi vandenilio spektrinėse linijose; dažnai susijusios su masyviomis, dar turinčiomis vandenilio atmosferą žvaigždėmis.
Šviesos kreivės trukmė ir formos skirtumai leidžia astronomams nustatyti sprogimo tipą ir fizines sąlygas prieš sprogimą.
Energetika, greitis ir liekanos
Supernova išskiria milžinišką energijos kiekį – tipiškai apie 1044–1046 džoulių, o kartu su neutrinų srautu bendras energetinis balansas gali siekti dar didesnes reikšmes. Eksplozijos metu medžiaga gali išsiskleisti iki kelių dešimčių tūkstančių km/s greičiu. Smūginės bangos sąveika su tarpžvaigždinėmis dujomis suformuoja švytinčias supernovos liekanas, tokias kaip Krabo (Crab) supernovos liekana.
Cheminė svarba ir kosminė gamta
Supernovos atlieka lemiamą vaidmenį kosminėje cheminėje gamykloje. Per sprogimus susidaro sunkieji elementai – nuo anglies ir deguonies iki geležies, aukso, urano ir kitų atomų. Šie elementai išmetami į tarpžvaigždinę terpę ir vėliau patenka į naujas žvaigždes, planetas ir net į gyvybės molekules. Todėl supernovos yra pagrindinis visatos elementų cheminių sudėčių kintamumo šaltinis.
Naudojimas astronomijoje ir žymios supernovos
Type Ia supernovos, dėl savo vienodumo spindesio maksimumo metu, naudojamos kaip standartinės žvakės – tai leidžia matuoti atstumus iki tolimų galaktikų ir nustatyti Visatos plėtimosi greitį. Būtent stebėjimai su Type Ia supernovomis leido atrasti Visatos pagreitintą plėtimąsi ir tamsiosios energijos egzistavimą.
Istorinės ir reikšmingos supernovos: SN 1054 (Krabo tėkmė), SN 1604 (Keplero supernova), bei SN 1987A – pastaroji buvo arti (Didžiojo Magelano Debesies) ir pirmą kartą tiesiogiai buvo aptikti neutrinai iš supernovos, patvirtinantys branduolio kolapso teoriją.
Pasekmės ir poveikis Žemei
- Didelė dalis supernovų turi grynai vietinį poveikį galaktikai – jos gali sėsti žvaigždžių susidarymą (stimuliuoti arba slopinti) per pertvarkymus tarpžvaigždinėje terpėje.
- Jei supernova įvyktų labai arti (kelios dešimtys šviesmečių), ji galėtų paveikti planetinę atmosferą spinduliavimu ir kosminiais spinduliais. Tokie atvejai yra reti, bet teoriniu požiūriu galimi.
- Supernovos taip pat yra vieni iš kosminių spindulių šaltinių – greitosios dalelės, kurios gali keliauti per galaktiką.
Kaip stebimos supernovos
Be tradicinio optinio stebėjimo, supernovos tyrinėjamos įvairiais bangų ilgio diapazonais: radijo, infraraudonųjų, rentgeno, gama spindulių. Taip pat svarbūs yra neutrino detektoriai (kaip įvyko su SN 1987A) ir ateityje gravitacinių bangų stebėjimai gali papildyti mūsų supratimą apie tam tikras sprogimo rūšis.
Įdomybės ir papildoma informacija
- Hipernovos – terminas dažnai vartojamas labai energingoms branduolio kolapso supernovoms ar tiems sprogimams, kai susidaro itin masyvi juodoji skylė; jie gali būti susiję su ilgais gama spindulių pliūpsniais.
- Kartais supernovos gali būti ryškesnės už visą savo gimtojoje galaktikoje esančių žvaigždžių šviesumą kartu sudėjus, todėl jas galima pastebėti net labai tolimose galaktikose.
- Supernovų dažnis priklauso nuo galaktikos tipo: aktyvesnėse, žvaigždžių formavimosi procesais pasižyminčiose galaktikose matoma daugiau branduolio kolapso supernovų.
Supernovos lieka vieni iš svarbiausių astronomijos tyrimo objektų: jos atskleidžia fizikos sąlygas esant ekstremalioms temperatūroms ir tankiams, paaiškina sunkųjų elementų kilmę ir padeda suprasti Visatos evoliuciją.