Давно известно, что на небе могут вспыхивать "новые звезды". За несколько суток они достигают максимального свечения, а потом медленно угасают. "Новые звезды" возникают в двойных звездных системах, где одна звезда (обычно красный карлик) теряет вещество (водород), а вторая (обычно белый карлик) его захватывает. Захваченное вещество накапливается в атмосфере белого карлика и затем взрывается. В такой системе вспышки могут происходить неоднократно, иногда через несколько десятилетий, а иногда и через миллион земных лет. "Новые звезды" на самом деле – не новые, а ярко вспыхнувшие старые, отчего они становятся видимы невооруженным глазом. Яркая вспышка не очень яркой звезды происходит от того, что в ее атмосферу резко поступает большая порция водорода: такое возможно в результате поглощения одной звездой водородной атмосферы другой. Грубо говоря, неяркая звезда вспыхивает, словно костер, в который подбросили хорошую охапку сухих ветвей.
Но иногда вспышка "новой звезды" бывает чрезвычайно яркой, ярче чем обычных новых. В результате таких сверхвспышек образуются так называемые "сверхновые". Термин "сверхновые" был введен в 30-е годы ХХ века. Вскоре оказалось, что сверхновые – это особые явления, катастрофические взрывы звезд, при которых звезды прекращают свое существование. Энергия, выделяемая при вспышках сверхновых, иногда бывает равна энергии всех звезд галактики. Сверхновые – это не звезды, а гигантские взрывные процессы, в результате которых гибнут звезды. Умирая, звезды взрываются, и их вещество рассеивается в галактике (Амнуэль, 1981).
Впервые вспышка сверхновой была зарегистрирована в 1006 г. в арабских хрониках Ибн Аль Тира и Баргебрауса и швейцарского монаха Эпидануса. Вторая вспышка произошла в 1054 г. и зарегистрирована в китайских хрониках. В 1572 году астроном Тихо де Браге наблюдал появление яркой новой звезды в созвездии Кассиопеи. Но вспыхнув, она постепенно ослабевала и перестала быть видимой через несколько месяцев. Это была сверхновая – один из последних взрывов звезд, наблюдавшихся в нашей Галактике. В отличие от некоторых других остатков сверхновых, здесь не был обнаружен горячий центральный точечный источник. Этот факт поддерживает теорию, что причиной этого взрыва звезды была быстро распространяющаяся детонация ядерного топлива, которая полностью разрушила звезду – белый карлик, находящийся на расстоянии около 7500 световых лет. Остаток сверхновой Тихо Браге имеет диаметр почти 20 световых лет.
А в 1604 г. вспышку сверхновой наблюдал Кеплер. Затем 400 лет вспышек сверхновых не наблюдали, только позднее выяснилось, что такая вспышка случилась в 1667 г., но она была за газо-пылевой туманностью, сильно поглощающей свет от этой сверхновой. Таким образом, за 1000 лет в нашей Галактике произошло всего 5 вспышек сверхновых (Амнуэль, 1981).
Впервые вспышку сверхновой в другой галактике M 31 (Туманность Андромеды) наблюдали в 1885 г. Этот объект был ярче любой другой звезды на небе, кроме Солнца, его свечение в течение короткого времени было равно суммарному свечению всех звезд Туманности Андромеды. К началу 1930-х годов было зарегистрировано более 20 вспышек сверхновых в других галактиках (Амнуэль, 1981).
Эта внутригалактическая туманность – не что иное, как сброшенная в результате взрыва сверхновой водородная атмосфера звезды. Фото с сайта: https://www.weblancer.net
| 
Такие туманности в Галактике образуются в результате взрыва при сбросе внешних слоёв (оболочек) красных гигантов и сверхгигантов с массой 2,5 солнечных масс. Фото с сайта: https://kolyan.net/index.php?newsid=32006
|
На снимке справа видно, что сброс вещества при взрыве сверхновой не есть одноэтапный процесс. В противном случае столь причудливая туманность не могла бы образоваться. При первом взрыве от звезды отделилась самая легкая водородная фракция. Вслед за этим взрывом последовал второй, в результате которого образовалось желтоватое кольцо. Но и после второго взрыва звезда не успокоилась. Новые взрывы выбросили более тяжелые фракции ее атмосферы, скорее всего, гелиевые.
Взрыв звезды
| 
Эволюция звезды.
|
Эту вспышку новой звезды наблюдали в 2002 г. В течение полугода диаметр пузыреобразной туманности (сброшенной атмосферы звезды) увеличился более чем в 2 раза. В центре осталась обновившаяся звезда, которая останется и после того, как образовавшаяся туманность рассеется. По сути, произошел грандиозный выброс звездой во все стороны очень большого количества раскаленной плазмы. Эта плазма ударной горячей волной с огромной скоростью прошла сквозь орбиты всех планет этой системы, наверняка отбросила все планеты на более далекие орбиты, а то и вовсе выбросила их за пределы этой планетной системы. Если на планетах была жизнь, то она погибла, моря и ледники испарились и покинули свои планеты, пополнив газо-пылевые облака Галактики кусочками водяного льда и молекул органических веществ.
Туманность Краба – это остатки атмосферы звезды после чудовищного звездного взрыва. Эта туманность "видна" во всех диапазонах длин элктромагнитных волн – от радио до гамма-лучей. Неоднородность туманности связана с неоднородностью "вмороженного" в нее электромагнитного поля, которое направляет движение частиц, имеющих электрические заряды. Фото с сайта: https://dcp.sovserv.ru
| 
Галактическая туманность Ngc 6302 (Бабочка). Такая форма выброса в результате взрыва сверхновой, скорее всего, связана с очень быстрым вращением взорвавщейся двойной звезды. Взорвались две звезды, быстро вращавшиеся вокруг центра масс. Скорее всего, центробежные силы вращения звезд отбросили продукты взрыва в противоположных направлениях. Взрыв разбросал не только вещество, но и электромагнитное поле звезд, которое после взрыва оказалось как бы "вморожено" в образовавшуюся туманность. Фото с сайта: https://www.allfons.ru/download/10016/1366x768/
|
С симметрично раздутыми планетарными туманностями при объяснении их происхождения почти нет проблем. Ясно, что они образовались в результате взрыва сверхновых. Но вот при объяснении вытянутых туманностей (вроде туманности Бабочки) возникают большие проблемы. Почему при взрыве сверхновой газ стал разлетаться в противоположных направлениях? Что за силы направляют его таким образом? На мой взгляд, единственным разумным объяснением может быть такое: вытянутые туманности возникают при взрыве двойных звезд, быстро вращающихся вокруг общего центра масс. Поэтому при их одновременном взрыве их атмосферы центробежными силами отбрасываются в противоположные стороны. Однако расстояние, на котором эти звезды находятся друг от друга, настолько мало, что для нас – наблюдателей – они сливаются в один объект даже в самый мощный телескоп. При взрыве взрывные волны двух звезд сталкиваются друг с другом, отчего образуется раздел двух облаков, а туманность в целом становится похожей на рвущийся жгут. Мое предположение о механизме возникновения вытянутых планетарных туманностей – возможно, не самое лучшее, но иных лучших механизмов, объясняющих возникновение таких чудесных объектов, я пока не нашел.
Планетарная туманность Mz3 (Муравей). Фото с сайта: https://bigpicture.ru/?p=58427
| 
Планетарная туманность Henize 3-401 – самая вытянутая из всех туманностей такого типа. Фото с сайта:
https://nature.web.ru/db/simg.html?mid=1188372&n=0
|
Различают вспышки сверхновых двух типов. Они отличаются по динамике блеска. Вспышки второго типа в максимуме своего блеска в 5–6 раз слабее, чем сверхновые первого типа, и возникают они несколько чаше. На графиках видно, как резко нарастает яркость сверхновых в момент взрыва и как постепенно она снижается у первого типа. Кривые блеска сверхновых второго типа показывают, насколько эти взрывы бывают различны.
Сводная кривая блеска для сверхновых 1-го типа (по П.Р. Амнуэль, 1981).
| 
Кривые блеска сверхновых 2-го типа (по П.Р. Амнуэль, 1981).
|
То, что остается от взорвавшейся сверхновой, начинает интенсивно излучать в радиодиапазоне, причем более интенсивно радиоволны излучают периферийные участки возникшей при взрыве туманности и так называемые филаменты – волокна, пронизывающие такую туманность. Некоторые остатки сверхновых полностью состоят из филаментов, например, волокнистая туманность в созвездии Лебедя. Эти филаменты образуются вдоль силовых линий магнитного поля. По мере расширения туманности радиоизлучение от нее ослабевает. Газ туманности начинает светиться от сопротивления межзвездной среды, которая, хотя и сильно разреженная, но все же не является абсолютным вакуумом. Межзвездная галактическая среда оказывает сопротивление расширению вешества газового облака сверхновой до его полной остановки.
По спектру излучения облака сверхновой было выяснено, что линии поглощения приходятся на водород. Но кроме водорода в филаментах туманностей есть ионизированный кислород, сера, неон. Температура газа в филаментах оказалась весьма высокой – несколько десятков тысяч градусов, а плотность – несколько сотен частиц в 1 м3.
Зависимость рентгеновской светимости от скорости осевого вращения для звезд поздних спектральных классов (по М.М. Кацовой, М.А. Лифшицу, 1986).
| 
Зависимость рентгеновской светимости от скорости осевого вращения для звезд молодых скоплений. Видно, что скорость вращения больше у наиболее молодых звезд (по М.М. Кацовой, М.А. Лифшицу, 1986).
|
Температура плазмы в расширяющейся оболочке после взрыва сверхновой может быть еще больше – вплоть до миллиона градусов. Сверхновые излучают и в рентгеновском диапазоне. Предполагают, что источником рентгеновского излучения являются пульсары – очень плотные нейтронные звезды, остающиеся на месте взрыва. Пульсар – это быстро вращающаяся нейтронная звезда. Ежесекундно пульсар теряет на торможение своего вращения энергии столько же, сколько в это время теряет энергии вся расширяющаяся туманность.
Размеры нейтронной звезды, возникшей при взрыве сверхновой, совсем небольшие – около 10 км в диаметре, но при таком диаметре масса ее в 2–3 раза больше массы Солнца. Чтобы вырваться с поверхности такой звезды, надо иметь скорость порядка 100 000 км/сек. Считается, что нейтронная звезда образуется при сжатии ядра обычной звезды. Но это плохо увязывается с количеством энергии, выброшенной в момент взрыва сверхновой и излучившейся в окружающее пространство. В действительности же энергии при взрыве должно выделиться значительно больше, чем ее выделяется на самом деле.
Думаю, что пульсары – это и есть ядра взорвавшихся звезд. Они имеют сверхплотность, которую когда-то получили в момент фрагментации чёрной дыры, с этой плотностью они были выброшены из чёрной дыры. Водород, гелий, пыль они насобирали в галактических облаках и в конце концов вспыхнули яркими звездами. Это подтверждается тем, что много таких рентгеновских источников обнаружено именно в центре нашей Галактики, а также в галактической плоскости. Вокруг большинства пульсаров никаких сверхновых не обнаружено.
Изменение полного поглощения в инфракрасной линии нейтрального гелия для Канеллы (двойной звезды) на протяжении 20 лет (по М.М. Кацовой, М.А. Лифшицу, 1986).
| 
Характеристики звездного ветра и скорость потери массы для различных звезд (по М.М. Кацовой, М.А. Лифшицу, 1986).
|
Звезда начинает свою жизнь, когда начинается термоядерная реакция объединения ядер водорода, в результате чего получаются ядра гелия, а часть исходной массы выделяется в виде энергии. Эта реакция идет тем интенсивнее, чем больше звезда, чем больше давление и температура на границе ее ядра и водородной атмосферы. Постепенно количество гелия в атмосфере звезды накапливается, он образует слой на дне атмосферы звезды как более тяжелый газ. Наконец давление и температура в слое гелия становятся такими, что начинается другая термоядерная реакция, при которой ядра гелия объединяются и образуются ядра углерода. Энергии при этом выделяется гораздо больше, чем при термоядерном горении водорода. В результате происходит нагревание газовой оболочки, водородная часть атмосферы при этом расширяется, и звезда многократно увеличивает свои размеры, превращаясь в красного гиганта. Например, размер нашего Солнца в состоянии красного гиганта достиг бы орбиты Марса, при этом Меркурий, Венера и Земля с Луной оказались бы внутри этого красного гиганта.
Постепенно газовая, в основном водородная, часть атмосферы красного гиганта рассеивается в пространстве, а в его центре рождается гелиевая звезда. Постепенно гелий "выгорает", и звезда начинает сжиматься, превращаясь в сверхплотную нейтронную звезду – в белого карлика. При массе такой коллапсирующей звезды больше 1,2 массы Солнца происходит его катастрофическое сжатие. При этом протоны начинают объединяться с электронами и превращаться в нейтроны. В результате такого соединения выделяются нейтрино и уносят с собой выделившуюся энергию в космическое пространство. А нейтронная звезда продолжает терять энергию и сжиматься, постепенно превращаясь в чёрную дыру.
Вполне возможно, что взрыв сверхновой связан с превращением ядра обычной звезды в релятивистский объект – чёрную дыру. Но в общепринятой теории формирования и эволюции звезд из газо-пылевых галактических облаков утверждается, что звезда получает водород этого облака и потом его расходует на термоядерное горение, выбрасывая при этом кванты излучения и плазму, т.е. постоянно теряет материю. При этом ее масса должна постепенно уменьшаться. Тогда откуда же берется масса, которая во время взрыва сверхновой коллапсирует в чёрную дыру? Решить эту загадку можно только признав, что масса звезды не остается постоянной, а зависит от того количества газа и пыли, которые она собрала в результате своей гравитации в рукавах и облаках Галактики, и от того, насколько меньше приобретенного она рассеяла в результате своего свечения и взрыва.
Так астрофизики представляют возникновение сверхновой. Схема с сайта: https://www.lotterypost.com
| Характеристики сверхновых звёзд
1 эрг =10-7 дж. Взрывается не ядро звезды, а вещество в её атмосфере. Наблюдения показывают, что вещество выбрасывается последовательно, сферическими слоями. Каждый последующий слой догоняет предыдущий, и горячее предыдущего. Новая звезда светится, как сотни тысяч Солнц, а по истечении некоторого времени возвращается к прежней светимости. Сверхновая светится, как десять миллиардов Солнц – так же, как светит целая галактика. В зависимости от того, присутствуют ли в спектре сверхновой звезды линии водорода, их делят на два подтипа: Ia и Ib. Тип Ia, не содержащий водорода, важен для космологических исследований, так как звёзды этого типа являются отличными стандартными свечами: их взрыв всегда протекает одинаково с огромной точностью. Такие сверхновые возникают в двойных системах. Одна из двух звёзд отдает своё вещество соседу, и тот в конце концов взрывается от "пересыщения", а от донора в конце концов остается только вырожденное ядро – белый карлик с массой Солнца. Сверхновые II типа взрываются в основном в спиральных галактиках, а I типа – и в спиральных, и в элиптических. Это связано с тем, что звёзды II типа относительно молодые, и взрываются чаще в молодых спиральных галактиках, а I типа, бывшие белые карлики — и в молодых, и в старых, элиптических. Примерно каждая сотая звезда заканчивает свою жизнь как сверхновая. В одной галактике взрывается несколько сверхновых за тысячелетие. |
Впервые свидетельства гибели планеты, поглощенной стареющей звездой, увидела международная группа астрономов. По сообщению innovanews.ru, звезда BD+48 740 во время расширения и превращения в красный гигант поглотила свою планету. При этом другая планета в этой системе изменила свою орбиту из-за разрушения и поглощения планеты. Отмечается, что повышение температуры вблизи ядер красных гигантов способствует процессу расширения их водородной атмосферы, которое приводит к разрушению близлежащих планет. Через 5 млрд. лет, как считает Алекс Волцзан, подобное превращение в красного гиганта ждет и наше Солнце (https://kp.ua/daily/230812/353051/).
Заканчивая главу о нашей Галактике, можно сказать, что наша Солнечная система, планета Земля в ней и мы на планете являемся жителями огромной гравитационной системы, которой можем любоваться каждую ясную ночь, что наш дом – это Галактика Млечный Путь. Но что это значит для нас? В "нашем доме" постоянно происходят какие-то события – рождаются новые звезды и умирают старые, планеты, попав в газо-пылевые облака, становятся звездами, а звезды в межрукавных пространствах постепенно гаснут, не пополняя свои атмосферы водородом. Многие звезды и планеты объединяются в гравитационные системы и кружатся вокруг друг друга – водят космические хороводы.