Реферат на тему: "Новые и сверхновые звёзды" - описание, характеристика и процесс образования

История открытия

Около 5 тысяч лет назад люди в первый раз увидели светило в небе, которое по яркости не уступало Солнцу. Тогда народ считал, что это явление выступает наказанием за их грехи. Однако через определённое время оно исчезло. Об этом событии известно из клинописных табличек древних шумеров.

Несколько веков спустя китайские и арабские астрономы упоминали о другом объекте, который родился в небе и удивлял своим ярким светом несколько недель. Тогда народ принял его за новую звезду. Люди не знали, что неизвестное явление возникло в результате взрыва старого космического тела.

В течение многих лет человек мог наблюдать появление ярких небесных объектов, которые рождались под влиянием различных физических процессов. Появившиеся телескопы помогли определить их природу.

То, что сейчас учёные называют сверхновой или новой звездой, является не самим космическим объектом, а его вспышкой. Сначала специалисты думали, что это явление представляет взрыв газовой сферы, после которого на том же месте остаётся чёрная дыра.

Однако не все сверхновые звёзды можно считать последней стадией жизни гигантских светил. Вначале астрономы называли новыми объекты, которые возникали на пустом месте в небе и затем постепенно угасали. В китайских источниках о таких явлениях упоминалось до начала второго тысячелетия нашей эры. Но среди них оказались и примеры сверхнового типа.

До изобретения телескопов люди могли видеть только тусклые небесные тела и вспышки, которые напоминали рождение очередного светила.

Технологии позволили подробно изучить эти явления, а также найти различия между сверхновыми и новыми звёздами.

Образование нового светила

Новые звёзды представляют собой термоядерные взрывы.

Они происходят в тесных звёздных системах и включают:

• белых карликов;
• гигантов-компаньонов.

Вещества из внешних слоёв наикрупнейшего светила перетекают в наименьшую звезду. В результате их взаимодействия получается аккреционный диск. Аккрецируемый газ накапливается на поверхности белого карлика, что приводит к формированию слоя, богатого водородом. Затем он разогревается потоком из аккреционного диска. Накопление водорода и повышение температуры в верхнем слое приводят к термоядерным процессам. На поверхность белого карлика выходит углерод.

Со временем термоядерные реакции ускоряются, а масса звезды увеличивается. Потом происходит взрыв, при котором верхний слой из водорода сбрасывается в окружающее пространство.

После этого наступает новый цикл аккреции на белого карлика, который завершается повторной вспышкой. Интервал между взрывами может составлять десятки или сотни лет.

В результате вспышки яркость звёздной системы становится в тысячи раз больше. Тусклый объект теперь видимый для человека. Вспышка достигает максимума за несколько дней, а затухает долго. В дальнейшем вокруг нового светила расширяется газовая оболочка. Обычно на это требуются годы. Подобные явления периодичны: они могут повторяться у одной и той же системы раз в десять лет.

Появление сверхновых объектов

Сверхновые вспышки — явление, при котором яркость небесного тела резко увеличивается, но затем медленно затухает. Пиковая светимость у объектов этого типа в тысячи раз больше, чем у новых звёзд. Этот феномен возникает вследствие эволюции некоторых космических объектов. В процессе звёздного взрыва выделяется большое количество энергии. Явление можно наблюдать только в космическом пространстве. Его сложно заметить из-за большого объёма газа и пыли.

Астрономы долго не могли узнать природу этих космических объектов, поскольку процесс можно наблюдать лишь во время его протекания. Сегодня известны два сценария, приводящие к таким вспышкам:

1. После взрыва небесного тела в космическое пространство выбрасывается значительный объём вещества из внешнего слоя его оболочки. Из оставшейся части формируется нейтронная звезда.
2. Взрыв считается последней стадией существования объекта. Со временем топливный ресурс в газовой сфере истощается. Часть массы звезды попадает в ядерную область, где она увеличивается. Поскольку объект больше не может её сдерживать с помощью своей гравитации, происходит расширение с последующим взрывом.

Специалисты исследуют полученную информацию о спектрах и кривых блеска комплексно. При изучении остатков звёзд они могут детально создать рациональные модели и определить условия вспышек, произошедших в космосе.

Сверхновые звёздные объекты считают прародителями жизни во Вселенной.

Их мощные взрывы приводят к образованию облаков и туманностей из газа и пыли, в которых позже формируются очередные космические тела. Кроме того, сверхновые звёзды выбрасывают в окружающее пространство тяжёлые элементы. Эти объекты формируют химические элементы, которые тяжелее железа. После вспышки энергия разносит кислород, азот и иные компоненты, необходимые для органической жизни.

Классовые различия

Специалисты выделяют несколько групп и подтипов сверхновых звёзд. Разделение объясняется тем, что космические объекты имели разные особенности до взрыва. Например, небесные тела с отсутствием водорода относятся к подклассам lb и lc первого класса. Возможно, часть оболочки с этим веществом была утеряна светилом при эволюции в тесной двойной системе. Также стоит отметить, что объекты подтипа lc не имеют гелия.

Несмотря на потерю водородного слоя, остальные части звёзд находятся в строгих пределах своих размеров и массы. Термоядерные реакции заменяют друг друга, когда наступает конкретный критический этап. Это объясняет сходство объектов подклассов lb и lc. Максимальная светимость у этих звёзд в 1,5 млрд раз больше, чем у Солнца. Она достигается через 2—3 дня, а потом медленно уменьшается в течение месяцев.

Новые звёзды до вспышки имели водородно-гелиевый слой в оболочке. Её границы зависели от массы и иных характеристик небесного объекта. Эти особенности объясняют широкий диапазон в характерах сверхновых звёзд. Их степень яркости варьируется от десятков миллионов до миллиардов солнечных светимостей. Динамика её изменения может быть различной.

Гиперновые взрывы

Астрономы также выделяют гиперновые вспышки. Их энергия выше на несколько порядков, чем у обычных сверхновых. Гиперновые звёзды представляют взрыв массивных объектов, которые называются гипергигантами. Эти газовые шары могут достигать 150 солнечных масс.

Астрономы считают, что такие объекты образуются во время аннигиляции антиматерии, при столкновении двух огромных светил или возникновении кварковой звезды.

Гиперновые звёзды вызывают большой интерес не только у учёных, но и у любителей астрономии.

Небесные тела часто выступают причиной гамма-всплесков. Такие явления длятся от сотых секунд до нескольких часов. Этот феномен считается редким электромагнитным событием. За несколько секунд гамма-всплеск может испустить количество энергии, эквивалентное массе Солнца. Специалисты продолжают изучать природу этого явления.

Нюансы изучения

Явления сверхнового типа считаются редким феноменом. В нашей галактике больше 100 млрд звёзд, однако за один век может произойти всего несколько вспышек. Если верить древним источникам, за последние 2 тысячи лет люди наблюдали такое явление всего 6 раз.

Последний раз сверхновую звезду видели в 1987 году в одном из спутников Млечного Пути под названием Большое Магелланово Облако. В других галактиках учёные ежегодно наблюдают до 60 звёздных вспышек.

Пока астрономы мало знают о сущности и иных особенностях этих объектов, поскольку они не следят за событиями, которые предшествуют их взрыву. Сложно спрогнозировать эти явления. Учёные утверждают, что любая звезда способна взорваться через миллионы лет. Некоторые считают, что Бетельгейзе вполне может вспыхнуть в этом веке.

Гиперновые вспышки происходят ещё реже. В нашей галактике этот феномен можно наблюдать только раз в сто тысяч лет.

Зато гамма-всплески, которые возникают от мощного взрыва этих объектов, учёные фиксируют в разных уголках Вселенной. Поскольку в ней много галактик, не стоит удивляться, почему специалисты регистрируют вспышки ежедневно.

Астрономы считают, что сегодня взрывающиеся звёзды не несут угрозы нашей планете, хотя в далёком прошлом они значительно повлияли на неё. Например, массовое вымирание, которое было на Земле около 440 млн лет назад, могло стать следствием гамма-всплеска, произошедшего в нашей галактике.

С 1960-х годов учёные пытаются найти пользу от сверхновых звёзд для нашей планеты. Некоторые считают, что пиковая светимость небесных тел может быть использована для достижения очередных открытий. Сегодня сверхновые звёздные объекты выступают одним из основных источников информации о космических дистанциях. Кроме того, астрономы разрабатывают методы, которые помогут реконструировать историю об этих явлениях.