After the Flash:Exploring a Supernova Remnant

Ο κύκλος ζωής ενός αστεριού μπορεί να τελειώσει με έναν από τους δύο τρόπους - με ένα χτύπημα ή ένα κλαψούρισμα. Αστέρια χαμηλής μάζας, όπως ο ήλιος μας, θα επεκταθούν σε έναν κόκκινο γίγαντα, καταναλώνοντας πλανήτες που βρίσκονται σχεδόν σε τροχιά προτού ρίξουν τα εξωτερικά τους στρώματα και τελικά γίνουν ένας λευκός νάνος. Τα αστέρια μεγάλης μάζας μπορούν να εκραγούν, να γίνουν σουπερνόβα, πριν καταρρεύσουν σε αστέρι νετρονίων ή μαύρη τρύπα. Τι μένει μετά από αυτή τη φωτεινή λάμψη στον νυχτερινό ουρανό; Ας εξερευνήσουμε ένα απομεινάρι σουπερνόβα και ας δούμε τι μπορεί να έχει απομείνει μετά τον θάνατο ενός τεράστιου αστέρα.

Τύποι υπολειμμάτων σουπερνόβα

Τα υπολείμματα σουπερνόβα διατίθενται σε τρεις διαφορετικούς τύπους, ανάλογα με το πόσο ισχυρή είναι η έκρηξη και τι απομένει μόλις εξασθενίσει η νόβα.

Υπολείμματα υπερκαινοφανούς τύπου Shell

Τα υπολείμματα σουπερνόβα τύπου κελύφους διατηρούν ένα κέλυφος συγκλονισμένου υλικού έξω από τον πυρήνα που εκπέμπει το μεγαλύτερο μέρος της ακτινοβολίας του υπολείμματος. Για έναν παρατηρητή, αυτό το κέλυφος μοιάζει με ένα φωτεινό δαχτυλίδι. Το πιο γνωστό παράδειγμα ενός υπολείμματος σουπερνόβα τύπου κελύφους είναι η Κασσιόπη Α, στον αστερισμό που μοιράζεται το όνομά της. Ο δακτύλιος και το σύννεφο που το συνοδεύει συνεχίζουν να επεκτείνονται και έχουν πλέον διάμετρο περίπου δέκα ετών φωτός.

Απομεινάρια σουπερνόβα τύπου καβουριού

Τα υπολείμματα σουπερνόβα τύπου καβουριού περιέχουν ένα πάλσαρ στον πυρήνα τους, ένα περιστρεφόμενο αστέρι νετρονίων που απελευθερώνει πολλαπλές ενεργητικές λάμψεις καθώς γυρίζει. Αυτά τα κελύφη διαστέλλονται συνεχώς αντί να παραμένουν σε ένα στατικό δακτύλιο γύρω από το πάλσαρ. Το Νεφέλωμα του Καβουριού είναι ένα από τα πιο διάσημα παραδείγματα υπολειμμάτων σουπερνόβα τύπου καβουριού.

Υπολείμματα σουπερνόβα μεικτής μορφολογίας

Μερικές φορές τα ουράνια καλώδια διασταυρώνονται λίγο, όπου τα υπολείμματα σουπερνόβα μπορεί να περιλαμβάνουν τόσο ένα ραδιοκέλυφος όσο και ένα νεφέλωμα ανέμου πάλσαρ. Εντοπίζονται κυρίως από θερμικές ακτίνες Χ που σχηματίζονται από συλλεγμένο διαστρικό υλικό και όχι από τα υπολείμματα του πυρήνα σουπερνόβα.

Μπόνους:Απομεινάρια υπερκαινοφανούς

Αν και συνήθως δεν θεωρούνται σουπερνόβα, οι υπερκαινοφανείς ή ο καταρράκτης είναι συχνά αυτά που περιμένουν τεράστια αστέρια 30 φορές μεγαλύτερα από τον ήλιο μας. Αυτά τα αστέρια συχνά καταρρέουν σε μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα που χαρακτηρίζεται από ένα ζευγάρι ενεργητικών πίδακες που αναδύονται από το κέντρο της. Αυτή η μαύρη τρύπα είναι συνήθως ορατή λόγω του δίσκου προσαύξησής της.

Stages of A Supernova Remnant

Τι συμβαίνει μεταξύ του θανάτου ενός αστεριού και του σχηματισμού ενός υπολειμματικού νεφελώματος σουπερνόβα; Ένα απομεινάρι σουπερνόβα κινείται σε πέντε στάδια, απαιτώντας εκατοντάδες ή χιλιάδες χρόνια για να μετακινηθεί από το ένα στάδιο στο άλλο.

Το πρώτο είναι το στάδιο της ελεύθερης διαστολής, όπου η μάζα που εκτοξεύεται από το σουπερνόβα ταξιδεύει έξω στο σύμπαν. Θα συνεχίσει να κινείται προς τα έξω μέχρι να μαζέψει το βάρος του στο διαστρικό μέσο. Αυτό το στάδιο μπορεί να διαρκέσει έως και μερικές εκατοντάδες χρόνια, ανάλογα με τη συγκέντρωση του διαστρικού μέσου στη γύρω περιοχή.

Στη συνέχεια ξεκινά η αδιαβατική φάση ή η φάση Sedov-Taylor, όπου προκύπτουν αρκετές αστάθειες καθώς η εκτίναξη αναμιγνύεται με το διαστρικό μέσο. Με την πάροδο του χρόνου, αυτό λειτουργεί για να δημιουργήσει και να ενισχύσει το μαγνητικό πεδίο μέσα στο εναπομείναν κέλυφος. Αυτό το στάδιο μπορεί να διαρκέσει από 10.000 έως 20.000 χρόνια.

Τα στάδια τρία και τέσσερα είναι φάσεις ψύξης. Πρώτον, το κέλυφος κρυώνει. Όπως συμβαίνει, συρρικνώνεται σε λιγότερο από ένα παρσέκ σε πάχος, δημιουργώντας ένα εξαιρετικά πυκνό εξωτερικό. Σε αυτό το σημείο, το εσωτερικό του κελύφους εξακολουθεί να καταγράφει μερικά εκατομμύρια Κέλβιν.

Καθώς το κέλυφος συνεχίζει να επεκτείνεται, ο πυρήνας μπορεί να αρχίσει να κρυώνει. Το τέταρτο στάδιο συμβαίνει όταν ο πυρήνας πέσει κάτω από τα 20.000 Kelvin. Αυτή η ψύξη επιτρέπει στα ελεύθερα ηλεκτρόνια να ανασυνδυαστούν, σχηματίζοντας βαριά στοιχεία ζωτικής σημασίας για την εξέλιξη των γαλαξιών που περιβάλλουν το υπόλοιπο.

Τέλος, προς το τέλος της επέκτασής του, το νεφέλωμα θα συγχωνευθεί με το περιβάλλον διαστρικό μέσο.

Πηγή Κοσμικών Ακτίνων;

Οι αστρονόμοι περιγράφουν τις γαλαξιακές κοσμικές ακτίνες ως «μια συλλογή πρωτονίων και ατομικών πυρήνων υψηλής ενέργειας που κινούνται στο διάστημα με σχεδόν την ταχύτητα του φωτός». Μπορούν να προέρχονται από ζωντανά αστέρια καθώς και από σουπερνόβα. Η τεράστια έκρηξη που υποδεικνύει μια σουπερνόβα θεωρείται επίσης σημαντική πηγή αυτών των γαλαξιακών κοσμικών ακτίνων. Ο Βίκτορ Χες εντόπισε για πρώτη φορά κοσμικές ακτίνες το 1912, μια ανακάλυψη που αργότερα του χάρισε το Νόμπελ Φυσικής.

Το 1949, ο Enrico Fermi δημιούργησε ένα μοντέλο για να παρακολουθεί την επιτάχυνση των κοσμικών ακτίνων καθώς συγκρούονται με διαστρικά μέσα, αργότερα γνωστό ως Μηχανισμός Φέρμι Δεύτερης Τάξης. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, οι μετωπικές συγκρούσεις σωματιδίων αυξάνουν την ενέργεια που περιέχεται σε κάθε σωματίδιο. Όσο περισσότερες συγκρούσεις βιώνει ένα σωματίδιο, τόσο περισσότερη ενέργεια συλλέγει, που ονομάζεται Μηχανισμός Fermi First Order.

Ένα υπόλειμμα σουπερνόβα απελευθερώνει αρκετά ενεργειακά μέτωπα κρούσης για να υπερφορτίσει αυτά τα σωματίδια, δημιουργώντας κοσμικές ακτίνες εξαιρετικά υψηλής ενέργειας.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι ενώ οι υποθέσεις του Fermi είναι ευρέως αποδεκτές στην επιστημονική κοινότητα, δεν έχουν ακόμη επιβεβαιωθεί. Κατανοούμε αυτές τις έννοιες στη θεωρία, αλλά υπάρχουν τόσα πολλά για το γνωστό σύμπαν που ακόμα μαθαίνουμε.

Ζωγραφική καθαρότερης εικόνας με το JWST

Η πρώτη σουπερνόβα ορατή με γυμνό μάτι στη σύγχρονη εποχή συνέβη το 1987, καίγοντας για μήνες περισσότερο από 100 εκατομμύρια ήλιους. Το SN 1987A έδωσε στους αστρονόμους μια μοναδική ευκαιρία να μελετήσουν έναν σουπερνόβα όπως συνέβη, αν και το ίδιο το ετοιμοθάνατο αστέρι ήταν περίπου 167.000 έτη φωτός μακριά από τη Γη. Το εν λόγω αστέρι ήταν το Sanduleak -69 202, ένας μπλε υπεργίγαντας περίπου 20 φορές μεγαλύτερος από τον ήλιο μας. Μόλις η αρχική έκρηξη φωτός έσβησε, οι επιστήμονες έμειναν να αναρωτιούνται τι συνέβη με το SN1987A. Συρρικνώθηκε σε αστέρι νετρονίων ή κατέρρευσε σε μαύρη τρύπα;

Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, που εκτοξεύτηκε στα τέλη του 2021, ελπίζουμε ότι θα μας δώσει μια πιο προσεκτική ματιά σε αυτό το τμήμα του διαστήματος. Οι αστρονόμοι ελπίζουν να χρησιμοποιήσουν το JWST για να εξετάσουν τι έχει απομείνει, καθώς το κύμα έκρηξης πιθανότατα έχει ήδη ξεπεράσει το κέλυφος του υλικού που εκτοξεύτηκε το αστέρι πριν από τον καταστροφικό θάνατό του.

Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι το SN 1987A άφησε πίσω του ένα αστέρι νετρονίων, αλλά το κυνηγούσαν για 35 χρόνια. Ας ελπίσουμε ότι το JWST μπορεί να τους βοηθήσει να ζωγραφίσουν μια πιο ξεκάθαρη εικόνα του τι άφησε πίσω του αυτός ο τεράστιος μπλε υπεργίγαντας.

Κοιτάζοντας πίσω για να κοιτάξουμε μπροστά

Τα απομεινάρια σουπερνόβα είναι κάτι περισσότερο από μια λαμπερή λάμψη στον νυχτερινό ουρανό που σηματοδοτεί το τέλος μιας ζωής πολλών δισεκατομμυρίων ετών. Απελευθερώνουν κοσμικές ακτίνες που αποτελούν αναπόσπαστο κομμάτι της εξέλιξης των γαλαξιών και μπορεί ακόμη και να συμβάλλουν στη γέννηση πλανητών και νέων αστεριών. Είναι λυπηρό να σκεφτόμαστε ότι ένα αστέρι πεθαίνει, αλλά αυτό που αφήνει πίσω του μπορεί να επηρεάσει την κατανόησή μας για το σύμπαν που ονομάζουμε σπίτι.