Рештки наднових
Рештка наднової (SNR) складається з залишкових фрагментів катастрофічного вибуху наднової. Ці рештки грають важливу роль у нашій спробі розгадати складні механізми галактики. Вони сприяють тепловій динаміці міжзоряного середовища, розповсюджують важкі елементи по космосу та відіграють ключову роль в прискоренні космічних променів.
Класифікація решток наднових
Рештки оболонкового типу: Класичним прикладом оболонкової рештки є Петля Лебедя. Коли ударна хвиля, що виходить з наднової, зростає в інтенсивності, вона пробивається через навколишній міжзоряний матеріал, нагріваючи його і утворюючи величезну, яскраву оболонку. Ця структура має кільцеподібний силует, подібний до космічної бульбашки. Спостерігачі можуть помітити надлишок нагрітих газів у контрасті з яскравими зірками, коли дивляться через центр; астрономи називають це явище яскравістю краю.
Рештки краболикого типу: Названі невмирущими туманностями або плеріонами, ці рештки мають більш аморфний вигляд, нагадуючи “блок”, на відміну від обрисованих кілець оболонкових решток. Ці туманності багаті на високенергетичні електрони, викинуті пульсаром, що розташований в їх центрі. Взаємодії між цими електронами і навколишніми магнітними полями призводять до випромінювання рентгенівських променів, високої енергії та радіохвиль — процес, відомий як синхротронне випромінювання. Славетна Туманність Краб є прикладом цієї категорії і стала підставою для терміна “краболикі рештки”.
Складні рештки: Деякі рештки показують характеристики, які поєднують риси як оболонкових, так і краболикого моделей, їхній вигляд змінюється між двома, залежно від специфічних довжин хвиль електромагнітного випромінювання. Складні SNR можуть бути класифіковані на два основні типи:
Теплові склади: У спектрі радіохвиль ці рештки мають оболонкову природу, під впливом синхротронного випромінювання. У свою чергу, їхнє рентгенівське випромінювання набуває більш краболикого вигляду. На відміну від справжніх краболиків, їхній рентгенівський спектр виявляє характерні спектральні лінії, які натякають на присутність нагрітого газу.
Плеріонні склади: Ці рештки зберігають краболике єство як у радіо-, так і в рентгенівських спостереженнях, але в той же час демонструють оболонкові структури. Рентгенівський спектр в їхніх центрах позбавлений спектральних ліній, тоді як оболонковий регіон їх демонструє, що підкреслює цікавий аспект їхнього розвитку.
Визначення віку рештки наднової
У випадках, коли історичні записи документують подію наднової, особливо серед SNR, які мають лише кілька тисяч років, відповідні віки можна певною мірою визначити з легкістю. Однак можуть виникнути труднощі при виявленні, чи відповідають історичні посилання на “зірки-гості” зареєстрованим надновим, чи відповідають вони існуючим решткам. Отже, оцінка віку SNR залишається ключовим завданням.
Один зі зрозумілих підходів для оцінки віку SNR полягає у вимірюванні температури нагрітого газу через рентгенівську спектроскопію. Цей метод дозволяє астрономам оцінити швидкість ударної хвилі, тим самим визначаючи вік на основі її сповільнення з часом, враховуючи, що ударна хвиля сповільнюється, охоплюючи зростаючі обсяги матеріалу і втрачаючи тепло. Хоча цей метод є доступним, він має обмеження через безліч факторів, що можуть незалежно змінювати температуру газу, незалежно від швидкості ударної хвилі.
Більш надійна техніка застосовується до наймолодших SNR, спостерігаючи їхнє розширення в часі відповідно до формули:
швидкість x час = відстань.
Наприклад, знявши зображення рештки наднової з інтервалом у два десятиліття, можна визначити зміну розміру. Поділивши різницю на 20-річний інтервал, вичислюється швидкість розширення. Якщо рештка наднової показала 5% збільшення в діаметрі, її швидкість розширення буде розраховуватися як:
швидкість = 5/20 років = 0.25/рік.
Враховуючи, що рештка розширилася на 100% з моменту вибуху, формула дає результат:
час = 100/(0.25/рік) = 400 років.
Цей розрахунок припускає, що подія наднової відбулася менше ніж 400 років тому. Ймовірно, що розширення набрало обертів з моменту вибуху, що дозволяє краще оцінити, грунтуючись на історичних записах.
Значення решток наднових зірок
SNR відіграють важливу роль у галактичній екосистемі Чумацького Шляху. Їх існування є невід’ємним для формування Землі та життя, яке ми знаємо. Важкі елементи, створені під час наднових, складають хімічну багатство, що прикрашає як нашу планету, так і інші небесні тіла по всьому всесвіту.
Газ, що населяє диск Чумацького Шляху, це міжзоряне середовище (ISM). У регіонах вищої густини, особливо в спіральних рукавах галактики, цей газ може схилятися до утворення щільніших скупчень. Ці скупчення, коли досягають критичної маси — десь між масою Юпітера і масою Сонця — починають приваблювати додатковий газ, що, зрештою, веде до формування зірок. Отже, елементний склад ISM безпосередньо впливає на склад наступних поколінь зірок.
Впускання викидів наднових, багатих на новосинтезовані елементи, в ISM гарантує, що матеріали, необхідні для формування кам’янистих планет і інших небесних тіл, походять з решток наднових.
Додаткові ролі решток наднових у галактиці
Окрім збагачення галактики важкими елементами, рештки наднових викидають величезну кількість енергії в ISM (близько 1038 мегатон за наднову). Коли ударна хвиля поширюється назовні, вона проходить через величезну площу ISM, впливаючи на нього у два основні способи:
По-перше, ударна хвиля нагріває газ, який вона зустрічає, підвищуючи загальну температуру ISM і створюючи географічні температурні варіації, які додають динамічного характеру Чумацькому Шляху.
По-друге, ударна хвиля каталізує прискорення електронів, протонів та іонів — досягаючи швидкостей, близьких до швидкості світла, через процес, відомий як прискорення Фермі. Це має глибокі наслідки, оскільки ультрависокоенергетичні космічні промені проникають в нашу сонячну систему і відіграють критично важливу роль в астрофізиці. Переважаюча точка зору серед астрономів стверджує, що більшість космічних променів спочатку є частиною газу ISM, тільки отримуючи значний приріст енергії внаслідок вибухів наднових.
Стадії життя рештки наднової
Еволюційна траєкторія SNR може бути проаналізована через три основні фази:
Перша фаза — Вільне розширення — включає фронт ударної хвилі, що характеризується постійною пропагандою із сталою швидкістю. Ця стадія може тривати кілька століть, перш ніж з’являться помітні зміни.
На другій фазі, відомій як Фаза Седова або Адиябата, матеріал SNR поступово сповільнюється, а його радіус розширюється пропорційно часу, піднятого до степеня t(2/5). На цій стадії, що триває від 10,000 до 20,000 років, внутрішня енергія переходить у більш нагрітий газ, розташований безпосередньо в оболонці, оскільки ударна хвиля продовжує розсіятися.
Третя фаза, що отримала назву Снігоприбирач або Релятивна фаза, починається, коли оболонка охолоджується до близько 106 K. На цій стадії електрони починають рекомбінувати з важчими атомами — такими як кисень — що підвищує здатність оболонки випромінювати енергію. У результаті оболонка охолоджується набагато швидше, стаючи поступово тоншою і густішою. Це охолодження ініціює каскадний ефект, коли більше атомів можуть рекомбінувати, що призводить до формування тонкої оболонки, яка в основному випромінює енергію в оптичному спектрі. Швидкість SNR зменшується, падаючи як 1/t(1/2). Врешті-решт, зовнішнє розширення зупиняється, і рештка починає інтегруватися назад у галактику. Ця фаза триває сотні тисяч років. Протягом мільйонів років рештка розпадається в ISM, зумовленим нестабільностями Рейлі-Тейлора, які порушують матеріал зовнішньої оболонки.
