Supernova: kaj je, zakaj eksplodira in kakšne so njene posledice
Supernova je izraz za izjemno močno eksplozijo orjaške zvezde. Pogosto se zgodi, ko njena jedrska fuzija ne more več nasprotovati sili lastne gravitacije in se jedro zruši; v drugih primerih pa eksplozijo sproži termonuklearni zlom na površini bele pritlikavke v binarnem sistemu. Med eksplozijo zvezda v zelo kratkem času sprosti ogromno energije — v nekaterih primerih več, kot jih za kratek čas oddaja cela galaksija. Ob tem nastane močan izbruh svetlobe, izstreljeni so hitri delci in večina energije se sprosti v obliki nevtrinov.
Kaj so vrste supernov
Supernove razdelimo po mehanizmu in po značilnostih spektra. V grobem ločimo dve glavni skupini:
- jedrsko-kolapsne supernove (core-collapse), ki nastanejo pri zelo masivnih zvezdah, ko izčrpajo gorivo v jedru in se omenjeno jedro sesede;
- termonuklearne supernove (najbolj znane kot tip Ia), ki se pojavijo, ko bela pritlikavka v binarni zvezdni zvezi nabere dovolj mase in v njej eksplodira termonuklearna veriga.
Zakaj zvezda eksplodira
Glavna vzroka sta torej:
- gravitacijski kolaps težke zvezde: jedro se stisne, sproži se odbojni udarni val v okolje in zunanje plasti so odbite v obliko eksplozije;
- termonuklearna eksplozija bele pritlikavke v sistemu z zvezdnim spremljevalcem, ko masa bele pritlikavke doseže mejno vrednost (Chandrasekharjeva meja) in se sproži neobvladljiva jedrska fuzija.
Potek eksplozije in posledice
Med eksplozijo zvezda izstreli materiale s hitrostmi do 30 000 km/s (včasih tudi več). Odtrgane plasti tvorijo raztezajočo se lupino plina in prahu, ki jo vidimo kot ostanek supernove. Izbruh sproži močan udarni val v okoliški medzvezdni medij, kar povzroči segrevanje, ionizacijo in pospeševanje delcev v obliki kozmičnih žarkov.
Supernove so tudi ključni proizvajalci težjih kemijskih elementov: v eksploziji nastanejo in razpršijo elemente, težje od železa, ki so nujni za nastanek planetov in življenja. Zato pravimo, da so supernove pomemben del galaktične kemije in evolucije zvezd (npr. oblikovanje novih zvezd iz obogatene snovi).
Poleg svetlobnega izbruha supernove oddajajo energijo v zelo širokem spektru — od radijskih valov preko vidne svetlobe do rentgenskih žarkov in gama-snovi. Nekatere eksplozije so spremljane tudi z močnimi nevtrinskimi izbruhi (SN 1987A je bil prvi primer, kjer so zaznali nevtrine) in v prihodnosti lahko pričakujemo tudi zaznavo gravitacijskih valov pri nekaterih dogodkih spajanja zvezd ali asimetričnih kolapsih.
Posledice za galaksijo in življenje
Posledice vključujejo:
- obogatitev galaksije z novimi elementi;
- tvorbo in oblikovanje ostankov supernov, ki lahko trajajo tisoče do milijone let;
- spodbujanje nastajanja novih zvezd, ko udarni val stisne okoliške oblake plina;
- pospeševanje delcev, ki prispevajo k populaciji kozmičnih žarkov;
- vznemirljive ostanke, kot so pulzarji (vrteče se nevtronske zvezde) in črne luknje, ki so pomembni objekti za študij ekstremne fizike.
Opazovanje in pogostnost
Eksplozije supernov so v naši Galaksiji redke dogodke. V galaksiji, Mlečni cesti, je bila ena izmed zadnjih zgodnjih zabeleženih supernov ta iz leta 1604 (znana kot Keplerjeva supernova). V sodobni dobi je bil zanimiv primer SN 1987A v Veliki magelanski oblak, ki je bil opazen skoraj v živo z nevtrinskimi detektorji in številnimi teleskopi. Po ocenah se v Mlečni cesti zgodi približno 2–3 supernove na stoletje, medtem ko v opazovanih tujih galaksijah astronomi vsako leto odkrijejo okoli 300 supernov — toliko jih vidimo, ker je vesoljnih galaksij izjemno veliko.
Za astronomijo so supernove dragocen opazovalni laboratorij: svetlobne krivulje in spektri nam povedo o kemiji, masi izstreljenih snovi in mehanizmih eksplozije. Termonuklearne supernove tipa Ia so tudi uporabne kot "standardne sveče" za merjenje razdalj v vesolju, saj imajo značilno svetlost, ki nam pomaga določiti širjenje Vesolja.
Ali so supernove nevarne za Zemljo?
Supernova bi lahko bila nevarna, če bi eksplodirala dovolj blizu (nekoliko deset svetlobnih let). Močan izbruh gama-sevanja in kozmičnih žarkov bi lahko vplival na ozon v Zemljini atmosferi in povečal stopnjo sevanja, kar bi imelo biološke posledice. Vendar trenutno ni bližnjih kandidatov z dovolj veliko verjetnostjo kratkoročnega kolapsa, zato takšne nevarnosti za Zemljo v bližnji prihodnosti niso verjetne.
Sklep: Supernove so ena najbolj energičnih in pomembnih oblik umiranja zvezd; poleg spektakularnega opazovanja igrajo ključno vlogo pri nastanku težjih elementov, oblikovanju struktur v galaksijah in razumevanju fizike v ekstremnih pogojih.
Vrste
Supernove se običajno delijo na supernove tipa I in supernove tipa II.
Supernove tipa I imajo absorpcijske črte, ki kažejo, da v njih ni vodika. Supernove tipa Ia so za kratek čas zelo svetle. Nato pa zelo hitro postanejo manj svetle. Supernove tipa Ia se zgodijo, ko bela pritlikavka kroži okoli velike zvezde. Včasih bela pritlikavka vsrka snov z velike zvezde. Ko bela pritlikavka doseže približno 1,4-kratno maso Sonca, se sesede. Pri tem nastane veliko energije in svetlobe, zato so supernove zelo svetle. Tip 1a je večinoma enako svetel. Zaradi tega jih lahko uporabljamo kot sekundarno standardno svečo za merjenje razdalje do gostiteljskih galaksij.
Supernove tipa II imajo absorpcijske črte, ki kažejo, da imajo v sebi vodik. Da lahko pride do te vrste eksplozije, mora imeti zvezda vsaj osemkratno in največ 40-50-kratno maso Sonca.
V zvezdi, kot je Sonce, se pri jedrski fuziji vodik spreminja v helij. V zelo velikih zvezdah se helij spremeni v kisik in tako naprej. V zvezdi se zlivajo elementi z vedno večjo maso, vse od periodnega sistema, dokler ne nastane jedro iz železa in niklja. Fuzija železa ali niklja ne proizvede nobene neto energije, zato fuzija ne more več potekati. Vendar je razpad jedra tako hiter (približno 23 % svetlobne hitrosti), da nastane ogromen udarni val. Izjemno visoka temperatura in tlak trajata dovolj dolgo za kratek trenutek, ko nastanejo elementi, težji od železa. Glede na začetno velikost zvezde ostanki jedra tvorijo nevtronsko zvezdo ali črno luknjo.
Supernove in življenje
Brez supernov na Zemlji ne bi bilo življenja. Veliko kemičnih elementov je namreč nastalo v eksplozijah supernov. To so tako imenovani "težki elementi". Težki elementi so potrebni za nastanek živih bitij. Supernova je edini način nastanka težkih elementov. Drugi elementi so nastali s fuzijo v zvezdah. Za nastanek težkih elementov sta potrebna zelo visoka temperatura in tlak. V eksploziji mačehovske supernove sta temperatura in tlak tako visoka, da lahko nastanejo težki elementi. Znanstveniki to imenujejo nukleosinteza v supernovi.
Če bi se eksplozija supernove zgodila zelo blizu Zemlje, bi bilo to lahko nevarno. Eksplozija je zelo velika in nastane več vrst nevarnega sevanja. Vendar se nam ni treba bati. Samo zelo velike zvezde lahko eksplodirajo kot supernove. V bližini Zemlje ni dovolj velikih zvezd, in če bi bile, bi trajalo milijone let, da bi se to zgodilo.
Pomembne supernove
SN 1572 je opazil Tycho Brahe. Ta supernova je astronomom pomagala spoznati, da se stvari v vesolju lahko spremenijo. SN 1604 je opazil Johannes Kepler. To je bila zadnja supernova, ki je bila dovolj blizu, da jo je bilo mogoče videti s severne poloble Zemlje brez teleskopa. SN 1987A je edina supernova, ki je bila tako blizu, da so znanstveniki pri njej našli nevtrine. SN 1987A je bila tudi dovolj svetla, da jo je bilo mogoče videti brez teleskopa. Videli so jo ljudje na južni polobli.
Učinki na Zemljo
Na Zemlji so vidne sledi preteklih supernov. Sledi radioaktivnega železa-60, ki je močan pokazatelj ostankov supernov, so zakopane v morskem dnu po vsem svetu.
"Lokalni mehurček" je balonasto območje vročega plina s premerom 600 svetlobnih let. Obdaja Osončje in prevladuje v naši zvezdni soseščini. Nastal je zaradi več kot ducata supernov, ki so eksplodirale v bližnjem gibajočem se skupku zvezd. To se je zgodilo pred 2,3 milijona do 1,5 milijona let. To približno ustreza začetku pleistocenske ledene dobe. Povezava je morda naključna.
Sorodne strani
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je supernova?
O: Supernova je eksplozija orjaške zvezde, do katere pride, ko jedrska fuzija ne more zadržati jedra proti lastni gravitaciji, zaradi česar se sesede in eksplodira.
V: Katere vrste zvezd povzročajo supernove?
O: Največje zvezde, ki povzročajo supernove, so hiperorjakinje, manjše pa nadorjakinje.
V: Koliko energije oddajajo supernove?
O: Supernove oddajajo energijo, ki je enaka celotni življenjski dobi Soncu podobne zvezde. Prav tako oddajajo skupno energijo, ki za kratek čas zasenči celotno energijo galaksije.
V: Kako hitro potuje snov iz zvezde med eksplozijo?
O: Med eksplozijo potuje snov iz zvezde s hitrostjo do 30 000 km/s ali 10 % svetlobne hitrosti.
V: Kaj se zgodi po eksploziji?
O: Po eksploziji ostane črna luknja ali nevtronska zvezda.
V: Ali večina zvezd eksplodira kot supernova?
O: Ne, večina zvezd je majhnih in ne eksplodirajo kot supernove. Po fazi rdeče orjakinje postanejo hladnejše in manjše ter namesto tega postanejo bele pritlikavke.
V: Kdaj so ljudje nazadnje videli supernovo v naši galaksiji, Mlečni cesti?
O: V naši galaksiji, Mlečni cesti, so ljudje supernovo nazadnje videli leta 1604.
