Коллапс или рождение сверхновой

С научной точки зрения. колла́пс — катастрофически быстрое сжатие массивных тел под действием гравитационных сил. Гравитационным коллапсом может заканчиваться эволюция звёзд с массой свыше двух солнечных масс. После исчерпания в таких звёздах ядерного горючего они теряют свою механическую устойчивость и начинают с увеличивающейся скоростью сжиматься к центру. Если растущее внутреннее давление останавливает гравитационный коллапс, то центральная область звезды становится сверхплотной нейтронной звездой, что может сопровождаться сбросом оболочки и наблюдаться как вспышка сверхновой звезды. Однако если радиус звезды уменьшился до значения гравитационного радиуса, то никакие силы не могут воспрепятствовать её дальнейшему сжатию и превращению в чёрную дыру.
Колапс обычно происходит тогда, когда выделяемая энергия не может сопротивляться внешнему воздействию. Тогда все внутренее выворачивается на изнанку

Как появляются сверхновые?

«Рождение сверхновой»  - уже сама эта фраза несет в себе ощущение прихода чего-то удивительного, невероятного. И это действительно очень интересный и сложный процесс. В этой статье мы рассмотрим его в самом общем виде, не вдаваясь в детали, просто для того, чтобы иметь представление о том, что это такое. Надеюсь, вам это понравится так же, как и мне.

Звезды, также как и люди, живут со своими внутренними противоречиями. У них эту роль  «перетягивания каната» играют: гравитация, которая заставляет их сжиматься, и давление с температурой, которые работают в сторону расширения. Звезды очень велики, поэтому их гравитация невероятно сильна. Она сжимает внутренности звезды с очень значительной силой.  А так как состоят звезды, по большей части, из газа, то в итоге получается шар,  который из-за сжатия разогревается. Если все идет как надо (а чаще всего именно так и происходит), то направленная внутрь звезды сила притяжения уравновешивается направленной во все стороны из центра силой давления и излучения тепла. В результате звезда стабильна.
Это равновесие поддерживается на протяжении всего времени жизни звезды. Давление и температура внутри звезды так огромны, что водород посредством термоядерной реакции превращается в гелий. Эта реакция дает ОЧЕНЬ МНОГО тепла, которое, опять же, удерживается гравитацией. Термоядерная реакция  происходит в самом центре звезды, в её ядре. Грубо говоря, у звезды есть два слоя – очень маленькое ядро, в котором протекает эта реакция,  и внешняя оболочка, которая содержит в себе основную часть массы звезды. Запомним это.

Основная звездная проблема состоит в том, что количество водорода,  содержащегося в ней,  не бесконечно. Однажды топливо заканчивается. Время жизни звезды напрямую зависит от её размеров, причем, чем звезда тяжелее,  тем быстрее она сожжет всё своё топливо. В небольших звездах, вроде Солнца, с его относительно небольшой гравитацией, водорода хватит на миллиарды лет реакции, а большие, вроде Бетельгейзе или её соседа Ригеля, сжигают свой водород гораздо быстрее, счет идет уже только на миллионы лет. Звёзды,  имеющие небольшую массу , очень экономно расходуют водород и могут сиять сотни миллиардов лет.
Самое интересное начинается тогда, когда водород заканчивается. Термоядерная реакция внутри звезды в зависимости от её веса либо начинает превращать гелий в углерод, либо просто останавливается. Звезда в таком случае превращается в красный гигант, чтобы потом, избавившись от большей части составляющего её газа, предстать в виде очень красивой туманности. Именно это и происходит с Бетельгейзе.

Также очень интересна судьба тяжелых звёзд, которые истратили всё своё водородное топливо. Гравитация даёт им силы сжимать ядро дальше  и реакция термоядерного синтеза в таких звездах не прекращается, а наоборот, выстраивается в очень интересную цепочку. Гелий, который, как мы помним,  образуется из водорода, в свою очередь превращается в углерод, а когда этот процесс заканчивается  и гелия больше не остается, то углерод становится кислородом, кислород -  магнием, а магний - кремнием! Это упрощенное описание цепочки, но и оно дает представление о том, что происходит  и вызывает настоящее восхищение! Каждый последующий элемент тяжелее предыдущего, это настоящая звездная алхимия! Звезда  после того , как заканчивается эта цепочка термоядерных реакций, представляет собой подобие капусты, каждый слой которой состоит из разных продуктов.

Каждый следующий этап этой цепочки преобразований происходит всё быстрее и быстрее, звезда может превращать водород в гелий на протяжении миллионов или десятков миллионов лет, но последующие этапы длятся сотни или даже десятки лет. Однако, мы остановились на кремнии, это важный момент, потому что дальше правила игры меняются. Кремний является материалом для появления железа, а это совсем другая история.

Разница между предыдущими преобразованиями и этим в том, что все реакции,  которые происходили  до появления  железа, в процессе ПРОИЗВОДИЛИ  тепло. Эта тепловая энергия, как мы помним, поддерживала баланс в звезде, создавала противовес гравитации, но для того, чтобы преобразовать железо в более тяжелые элементы,  тепло РАСХОДУЕТСЯ. Что это значит? Это значит, что когда в ядре звезды образуется достаточное количество железа, то реакция синтеза не дает энергии разлетаться от центра ядра, гравитации больше ничто не мешает  и ядро СЖИМАЕТСЯ.
Сила тяжести уменьшает диаметр ядра размером в тысячи километров  до шара величиной всего в несколько километров за тысячные доли секунды. Это как если внезапно выбить у стола все четыре ножки. Или представьте себе койота из мультика, который вдруг осознает, что стоит не на скале,  а над пропастью. Точно так же и внешние слои звезды обрушиваются вниз. Они врезаются в ядро на скорости, сравнимой со скоростью света, в результате происходят две вещи: мощная отдача, из-за которой внешние слои отскакивают обратно,  и появление огромного количества нейтрино, субатомных частиц,  несущих во все стороны энергию столкновения. Газ внешних оболочек звезды поглощает нейтрино, и это - то же самое, что чиркнуть спичкой на складе китайских фейерверков. Внешние слои ВЗРЫВАЮТСЯ  и вещество, из которого состоит звезда, весом во много солнечных масс вырывается наружу на скорости в несколько тысяч километров в секунду.

Этот гигантский выброс энергии и есть то, что мы называем   сверхновой. Её яркость может возрастать на протяжении часов или дней, но на этом этапе каждую секунду вырабатывается столько энергии, сколько наше Солнце вырабатывает за всю свою жизнь, и это свечение видно во всех уголках Вселенной.  В 1987 году, когда выстрелила сверхновая SN87A, она осветила всё вокруг на расстояние в 180 тысяч световых лет  и светит до сих пор так, что её видно невооруженным глазом.

Также интересно, что в то время на земле работали несколько детекторов нейтрино. Они использовались для наблюдения за солнечными частицами. Однако, вечером 23 февраля, один из детекторов в Японии уловил небольшую вспышку.  В одну секунду он поймал 11 нейтрино, что значительно больше того, что  этот детектор улавливает от Солнца в любой другой момент.  Поймать нейтрино очень сложно, и все они, образующиеся при сжатии ядра звезды, разлетаются по просторам космоса. Это значит, что те нейтрино,  которые попали в японский детектор,  прилетели туда прямо из ядра взорвавшейся звезды. Вспышка света - не очень точный показатель времени взрыва, яркость её может нарастать в течении нескольких часов или дней, поэтому только «японские»  нейтрино дают возможность определить точное время взрыва. Мы знаем, что сверхновая SN87A образовалась 23 февраля в 7:36 по Гринвичу.

Только не надо говорить, что на самом деле это случилось 180 тысяч лет назад. Все это прекрасно понимают, но большинство астрономов предпочитают датировать события именно тем моментом,  в который мы это видим.
http://www.betelgeuse-supernova.ru/news/14-supernova-appearance.html

Меток нет
Запись: Коллапс или рождение сверхновой
опубликована 6 марта, 2011 в 13:07 и находится в Авторские блоги |
Копирование разрешено ТОЛЬКО С АКТИВНОЙ ССЫЛКОЙ: