Objašnjenje podrijetla supernova prstenova 1987A • Sergej Popov • Znanstvena vijest o "Elementima" • Astronomska znanstvena slika dana

Objasnio je podrijetlo supernova prstenova 1987A

Sl. 1. Rezultati modeliranja strukture prstenova u supernovi 1987A (od astro-ph / 0703317 Morris i Podyadlovsky)

Prošlo je 20 godina od eksplozije supernove 1987A u Velikom magelinskom oblaku, ali tajna tri prstena oko eksplozije koja nalikuje obliku pješčanog sata još nije otkrivena. Astrofizičari Thomas Morris i Philipp Podsiadlowski sa Sveučilišta u Oxfordu (Ujedinjeno Kraljevstvo) izgradili su trodimenzionalni numerički model koji objašnjava svojstva trostrukog sustava prstenova u ostatku supernove 1987. godine činjenicom da je jednom nastala eksplodirajuća zvijezda uslijed spajanja komponenti binarnog sustava.

Dana 23. veljače 1987. Zemlja je bila izložena svjetlosti iz eksplozije supernove u Velikom magelinskom oblaku, nazvanu Supernova 1987A (ili SN 1987A iz supernova, SN). Naravno, bljesak se pojavio oko 160-170 tisuća godina prije toga – samo je to vrijeme potrebno da svjetlost pokrije udaljenost koja nas razdvaja i patuljasti satelit naše galaksije, već iz navike, govorit ćemo o "flashu 1987".

To je bila prva supernova od Keplerovog vremena 1604. godine, vidljiva golim okom (SN 1604 je posljednja supernova zabilježena u našoj galaksiji).Promatranja su omogućila dobivanje bogatih podataka o supernovi 1987A, što je omogućilo značajni napredak u razumijevanju fizike zvjezdanih eksplozija. Zbog blizine Velikog Magelanskog Oblaka po prvi put je uspio otkriti arhivske slike prijesupernova, odnosno eksplodirajuća zvijezda – pokazalo se kao plavi supergiant Sanduleak -69 ° 202, kojeg je 1969. opisao rumunjski američki astronom Nick Sanduljak. (Istodobno je opovrgnuta pretpostavka da su sve supernove formirane od crvenih supergija.)

Osim toga, detektori neutrina detektirali su 1987. godine, tako da su prvi put znanstvenici bili u mogućnosti registrirati neutrino signal iz eksplozije (3 sata prije svjetla bljeskalice do Zemlje, nekoliko neutrino opservatorija zabilježilo je značajan višak pozadine neutrina). Ali to nije sve. Tijekom 20 godina koje su prošle od eksplozije (još jednom naglašavajući konvencionalnost ove fraze), znanstvenici prate evoluciju ostatka supernove. Svi znaju najljepše slike ovog objekta. Osobito upečatljiv je trostruki sustav prstenova, istaknut u ostatku supernove (osim toga, dvije su zvijezde bile slučajno projicirane na ostatak, što je oba prstena pretvorila u dijamante s prstenima). Kako se formiraju ti prstenovi?

Sl. 2. Da biste razumjeli strukturu prstenova SN 1987A, trebate mentalno reproducirati svoju trodimenzionalnu sliku. Zamislite pješčani sat (u stvari, analogija s pješčanim satom je nepotpuna jer nema dovoljno zidnih satova). Manji, svjetliji prsten u sredini odgovara "struku" sata. I dva velika prstena na vrhu i na dnu nalaze se na udaljenosti od oko 0.4 parseka (oko 1.3 svjetlosne godine) od ravnine unutarnjeg prstena. Svi prstenovi su približno na istoj osi. (Fotografija iz hubblesite.org)

Prstenovi nisu bili izbačeni eksplozijom supernove, inače bi se odmah trebali pojaviti nekoliko lakih mjeseci. (Udaljenost vanjskih prstenova s ​​mjesta eksplozije je više od svjetlosne godine, a unutarnja je nešto više od pola godine, a kinematička prstenova poznata.) Dakle, postojali su prije bljeskalice. Samo ih je eksplozija "osvijetlila". Hubble teleskop, pokrenut u travnju 1990., već je 23. i 24. kolovoza 1990. "vidio" unutarnji prsten oko eksplodirajuće supernove. Godine 1994. na Hubbleovim fotografijama otkrivena su dva vanjska, manje svijetla prstena.

Neobična svojstva same supernove (kemijske anomalije), zajedno s podacima o zvijezdi progenitorima, dugo su predložila znanstvenicima da je plavi supergiant Sk -69 ° 202 formiran kao rezultat spajanja dviju masivnih zvijezda.Ali dokazati da je to vrlo teško. Možda uspješno objašnjenje svojstava prstenova uz pomoć trodimenzionalnog modeliranja djelomice služi kao takav dokaz.

Tijekom svog života, zvijezde aktivno gube tvar. Svi znaju najljepšu planetarnu maglicu, ponekad s vrlo bizarnim oblikom. Sva ta čuda prirode nastaju uslijed izlaza zvjezdane materije koja se može pojaviti u nekoliko faza, a tokovi mogu biti sferično asimetrični. Heroji naše priče nisu izuzetak – prsten SN 1987A.

Izljev materije iz pre-supernova postao je uzrok pojavljivanja unutarnjeg i oba vanjskog prstena. Tijekom proteklih 20 godina, izgrađeni su mnogi modeli pokušavajući objasniti podrijetlo prstena. Međutim, oni nisu uzeli u obzir osobitosti distribucije materije oko zvijezde prije eksplozije. To je vjerojatno razlog zašto niti jedan model ne bi mogao objasniti cijeli niz vidljivih parametara. Čini se da su Morris i Podyadlovsky uspjeli.

U modelu Morrisa i Podsadlovskog, o kojem ćemo razgovarati, snažnije zračenje odgovara većoj gustoći plina. Pojava tih pečata, autori modela koji se pripisuju činjenici da se pre-supernova pojavila kao rezultat spajanja dviju zvijezda.Model smatra binarni sustav koji se sastoji od zvijezda s masama od oko 15 i 5 solarnih. Masivnija zvijezda se brže razvija. Vodik u jezgri izgara i ostavlja glavni slijed (vidi dijagram Hertzsprung-Russell). Tada se zvijezda širi i prenosi materiju iz jedne komponente binarnog sustava u drugi (vidi sliku 3, ploča ).

Sl. 3. Model Morrisa i Podyadlovskog. Takva evolucijska shema vodila je, osobito, na stvaranje prstenova. ploča: počinje nestabilni prijenos materije od jedne zvijezde do druge. Zajednička je ljuska formirana (panelb). U ovoj fazi manje je masivna zvijezda (lijevo) još uvijek u fazi glavne sekvence (MS), dok je druga, masivnija, a time i najbrže evoluirajuća zvijezda u samoj se jezgri formirala jezgru ugljik-kisik (CO). Zvijezde se približavaju jedna drugoj unutar zajedničke omotnice, a dio omotnice se raspršuje (panelc). Konačno, spajanje završava (pločad: tamnoplava boja – to su pečati, tj. prstenasti zametci; plava – tvar ispuštena tijekom fuzije; crveno – tvar ispuštena tijekom preobrazbe crvenog diva u plavo; žuti – vjetar plavog diva). Nakon 1000 godina opuštanja pojavljuje se plavi div. Do tog vremena, školjka za raspršivanje već je formirana oko složene strukture koja sadrži "zameci" tri prstena. Giantov brz i snažan vjetar puše cijelu strukturu. Prije eksplozije supernove, koja se dogodila oko 20.000 godina nakon spajanja, cijeli skup prstenova je spreman. Ostaje samo ionizirati tvar u njima s jakim strujom ultraljubičastog zračenja. (Slika iz opisanog članka astro-ph / 0703317)

Prijenos mase u takvom sustavu je nestabilan: druga zvijezda ne može "asimilirati" svu materiju koja pada na nju, jer je brzina prijenosa previsoka i "prelijeva". Formira se takozvana "zajednička ljuska" – to jest, binarni sustav je uronjen u oblak plina. U takvoj situaciji dvostruke komponente počinju konvergirati (Sl. 3, panel b), budući da se kutni zamah odvaja od sustava zajedno sa supstancom ljuske. Dio tvari opće ljuske baca se (Sl. 3, ploča c). Konačno, zvijezde se stapaju.

Neposredno nakon spajanja, treba stvoriti nešto "veliko i labavo". Ovo je crvena supergija – zvijezda s relativno hladnim (i stoga crvenim) vanjskim slojevima i ogromnim radijusom, koji je oko 1.500 solarnih.Glavna masa zvijezde (12 od 20 solarnih masa) koncentrirana je u divovskoj rijetkoj ljusci. Nakon spajanja, formirana zvijezda rotira brzo (naravno, brzo samo za svoju divovsku veličinu). Stoga njegov oblik nije sferičan. Dio tvari protječe, uklanjajući viši kutni moment. Zvijezda mijenja izgled. Smanjuje se, a divno plavo pojavljuje se 1000 godina nakon spajanja (plava boja je povezana s visokom temperaturom u vanjskim slojevima). Mnogo je kompaktniji i lakši od crvenog supergianta. Napokon, nekoliko zvijezda može izgubiti nekoliko sunčanih masa zbog tekuće materije.

Sl. 4. Raspodjela materije oko zvijezde prije eksplozije. Crne točkice upućuju na stvar plavog divovskog zvjezdastog vjetra. Plava i zelena – sastojak ljuske. Brtve prikazane zelenom bojom na (X, Z) = (0.4, 0.4) i simetrično na (X, Z) = (0.4, -0.4) postat će vanjski prstenovi (gledamo li desnu polovicu kriške u meridionalna ravnina). Brtva u ekvatorijalnoj ravnini kod X = 0,2 od parseca postat će unutarnji prsten. Polarna os – polarna os ekvatorijalna ravnina – ekvatorijalna ravnina (sve u odnosu na zvijezdu, ekvator zvijezde podudara se s orbitalnom dvostrukom ravninom, koja se spaja).Zvijezda je na (0, 0). Sl. iz raspravljenog članka astro-ph / 0703317

U procesu spajanja i dampinga dijelova zajedničke ljuske – tj. Prije pojave plavog diva – "zametci" unutarnjih i vanjskih prstenova već su bili formirani. Plavi div počne emitirati snažan zvjezdani vjetar, mnogo brže od crvenog diva. Supstanca vjetra se sudaraju sa supstancom odbačene ljuske (Sl. 3 panel d). Područja visoke gustoće prenose vjetar plavog diva na veću udaljenost. Ovako nastaju vanjski prstenovi. Unutarnji prsten dobiva konačni izgled zbog interakcije vjetra plavog diva s materijom koji je prethodno protisnuo u ekvatorijalnoj ravnini.

U sl. Slika 4 prikazuje raspodjelu tvari 20.000 godina nakon spajanja (koja odgovara momentu eksplozije). Crne točkice označavaju vjetar, boja označava maglicu. Slika prikazuje samo polovicu sustava, drugi je simetričan prema njoj. Za prikaz cijelog sustava zrcali sliku o osi Z. Zvijezda je na točki (0,0). Sve je spremno za eksploziju.

Sada kako biste dobili sliku na slici. 1, samo je potrebno "istaknuti" dobivenu strukturu eksplozijom supernove i odabrati pravilan kut.Doista, iako su pečata oko pre-supernove postojala prije eksplozije, bilo ih je nemoguće vidjeti s Zemlje. Eksplozija supernove zbog snažnog ultraljubičastog zračenja dovodi do ionizacije tvari tih brtvila. Tako se pojavljuju sjajni prstenovi.

Posebno je zanimljivo pogledati cijelu sliku pojave prstenova u pokretu. To možete učiniti ovdje i ovdje. Jedan od filmova (merger.mpg ili S1, ovisno o tome na koji ih web mjestu preuzimate) pokazuje kako se struktura oko zvijezde formira kao rezultat spajanja. Drugi film (wind.mpg ili S2) pokazuje kako se vjetar plavog divova urezuje u formiranu strukturu. Akcija prvog filma odvija se na skali od samo 12 godina. Drugi film pripovijeda priču o 20.000 godina.

Usporedba simulacijskog rezultata (slika 1) s fotografijom sustava prstenova (slika 2) sugerira da su autori obavili svoj posao. Uz objašnjenje izgleda cijelog sustava, također su mogli opisati kinematička svojstva prstenova. A to su već ozbiljni argumenti u korist činjenice da je razmatrani model točan. I to znači da supernova 1987A duguje svoje iznenađujuće svojstva spajanjem dviju zvijezda.

izvor: T. Morris, Ph. Podsiadlowski.Kolona s trostrukim prstenom oko SN 1987A: Otisak binarnog spajanja // astro-ph / 0704317.

Sergej Popov


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: