Гипернова - Hypernova

Самые большие голубые звезды-сверхгиганты взрываются гиперновыми
ESO изображение гиперновой SN 1998bw в спиральном рукаве галактики ESO 184-G82

Hypernova (иногда называемый Коллапсаром ) очень энергичная сверхновая мысль результата экстремального сценария коллапса ядра. В этом случае массивная звезда (> 30 масс Солнца) коллапсирует, образуя вращающуюся черную дыру, излучающую двойные энергетические струи и окруженную аккреционным диском . Это тип звездного взрыва, который выбрасывает материал с необычно высокой кинетической энергией , на порядок выше, чем у большинства сверхновых, со светимостью, по крайней мере, в 10 раз большей. Обычно они похожи на сверхновые типа Ic , но с необычно широкими спектральными линиями, указывающими на чрезвычайно высокую скорость расширения. Гиперновые звезды являются одним из механизмов образования длинных гамма-всплесков (GRB) , длительность которых составляет от 2 секунд до более минуты. Их также называют сверхсветовыми сверхновыми , хотя эта классификация также включает другие типы чрезвычайно ярких звездных взрывов, которые имеют другое происхождение.

История

В 1980-х годах термин гиперновая использовался для описания теоретического типа сверхновой, ныне известного как сверхновая с парной нестабильностью . В нем говорилось о чрезвычайно высокой энергии взрыва по сравнению с типичными сверхновыми с коллапсом ядра . Этот термин ранее использовался для описания гипотетических взрывов в результате различных событий, таких как гиперзвезды , чрезвычайно массивных звезд III популяции в ранней Вселенной или таких событий, как слияние черных дыр .

Первоначально гамма-всплески были обнаружены 2 июля 1967 года военными спутниками США на высокой орбите, которые предназначались для обнаружения гамма-излучения. США подозревали СССР в проведении секретных ядерных испытаний, несмотря на подписание Договора о запрещении ядерных испытаний 1963 года, а спутники Vela были способны обнаруживать взрывы за Луной . Спутники зарегистрировали сигнал, но он не был похож на сигнатуру ядерного оружия и не мог быть связан с солнечными вспышками. В течение следующих нескольких десятилетий гамма-всплески оставались непреодолимой загадкой. Для создания гамма-лучей требуются высокоэнергетические события, однако гамма-всплески нельзя сопоставить со сверхновыми, солнечными вспышками или какой-либо другой активностью в небе. Из-за краткости их было трудно отследить. Как только их направление было определено, было обнаружено, что они были равномерно распределены по небу. Таким образом, они произошли не из Млечного Пути или близлежащих галактик, а из глубокого космоса.

В феврале 1997 года голландско-итальянский спутник BeppoSAX смог отследить GRB 970508 до слабой галактики на расстоянии примерно 6 миллиардов световых лет от нас. Анализируя спектроскопические данные как для GRB 970508, так и для родительской галактики, Bloom et al. в 1998 году пришел к выводу, что вероятной причиной была гиперновая звезда. В том же году польский астроном Богдан Пачиньский более подробно выдвинул гипотезу о сверхновых как о сверхновых от быстро вращающихся звезд.

Использование термина гиперновая в конце 20-го века было усовершенствовано для обозначения сверхновых с необычно большой кинетической энергией. Первой наблюдаемой гиперновой была SN 1998bw со светимостью в 100 раз выше, чем у стандартной звезды типа Ib. Эта сверхновая звезда была первой, которая была связана с гамма-всплеском (GRB), и она произвела ударную волну, содержащую на порядок больше энергии, чем обычная сверхновая. Другие ученые предпочитают называть эти объекты просто сверхновыми звездами типа Ic с широкими линиями . С тех пор этот термин применяется к множеству объектов, не все из которых соответствуют стандартному определению; например АСАССН-15лх .

Характеристики

Гиперновые в настоящее время широко считаются сверхновыми, выбросы которых имеют кинетическую энергию более чем примерно 10 45  джоулей , что на порядок больше, чем у типичной сверхновой с коллапсом ядра. Выброшенные массы никеля велики, а скорость выброса достигает 99% скорости света . Обычно они относятся к типу Ic, а некоторые связаны с длительными всплесками гамма-излучения . Электромагнитная энергия , выделяемая эти события варьируется от сравнимо с другом типа Ic сверхновым, чтобы некоторые из самых светящихся сверхновых известных , таких как SN 1999as .

Архетипическая гиперновая, SN 1998bw, была связана с GRB 980425 . В ее спектре не было ни водорода, ни четких деталей гелия , но сильные линии кремния определили ее как сверхновую типа Ic. Основные линии поглощения были чрезвычайно расширена и кривая блеска показала очень быстрое фазу сияя, достигая яркости типа Ia сверхновой на 16 -й день Общая масса выталкивается составляла около 10  М и масса никеля выбрасывается около 0,4  М . Все сверхновые, связанные с гамма-всплесками, показали высокоэнергетический выброс, который характеризует их как гиперновые.

Необычно яркие радиосверхновые наблюдались как аналоги гиперновых, и их назвали «радиогиперновыми».

Астрофизические модели

В моделях гиперновых звезд основное внимание уделяется эффективной передаче энергии в выбросы. В обычных сверхновых с коллапсом ядра 99% нейтрино, генерируемых в коллапсирующем ядре, улетучиваются, не вызывая выброса материала. Считается, что вращение прародителя сверхновой приводит в движение струю, которая разгоняет материал от места взрыва со скоростью, близкой к скорости света. Двоичные системы все чаще изучаются как лучший метод как для снятия оболочек звезд, чтобы оставить голое углеродно-кислородное ядро, так и для создания необходимых условий вращения для запуска гиперновой.

Модель Collapsar

Модель коллапсара описывает тип сверхновой, которая производит гравитационно коллапсированный объект или черную дыру . Слово «Коллапсар», сокращенно от «обрушилась звезда », ранее был использован для обозначения конечного продукта звездного гравитационного коллапса , в черной дыры звездной массы . Это слово сейчас иногда используется для обозначения конкретной модели коллапса быстро вращающейся звезды. Когда ядро коллапс происходит в звезде с ядром , по меньшей мере приблизительно пятнадцать Солнца массы ( M ) - хотя химический состав и скорость вращения также значительны - энергия взрыва недостаточно , чтобы изгнать внешние слои звезды, и он будет коллапсировать в черную дыру, не вызывая видимой вспышки сверхновой.

Звезда с массой ядра немного ниже этого уровня - в диапазоне 5–15  M - подвергнется взрыву сверхновой, но так много выброшенной массы упадет обратно на остаток ядра, что он все равно схлопнется в черную дыру. Если такая звезда вращается медленно, то она образует слабую сверхновую, но если звезда вращается достаточно быстро, то откат к черной дыре приведет к появлению релятивистских струй . Энергия, которую эти струи передают в выброшенную оболочку, делает видимую вспышку значительно более яркой, чем у стандартной сверхновой звезды. Струи также испускают высокоэнергетические частицы и гамма-лучи непосредственно наружу и тем самым создают рентгеновские или гамма- всплески; струи могут длиться несколько секунд или дольше и соответствовать длительным гамма-всплескам, но они, по-видимому, не объясняют кратковременные гамма-всплески.

Бинарные модели

Механизм образования лишенного прародителя, углеродно-кислородной звезды, лишенной какого-либо значительного количества водорода или гелия, сверхновых типа Ic когда-то считался чрезвычайно развитой массивной звездой, например звездой типа WO Вольф-Райе, чей плотный звездный ветер вытеснил все его внешние слои. Наблюдения не смогли обнаружить таких прародителей. До сих пор окончательно не показано, что прародители на самом деле являются объектами другого типа, но несколько случаев предполагают, что их прародителями являются «гелиевые гиганты» меньшей массы. Эти звезды недостаточно массивны, чтобы выбросить свои оболочки просто звездным ветром, и они были бы разделены передачей массы к двойному компаньону. Гелиевые гиганты все чаще рассматриваются как прародители сверхновых типа Ib, но вопрос о прародителях сверхновых типа Ic все еще остается неопределенным.

Один из предложенных механизмов для создания гамма-всплесков - это индуцированный гравитационный коллапс , когда нейтронная звезда запускается для коллапса в черную дыру из-за коллапса ядра близкого компаньона, состоящего из очищенного углеродно-кислородного ядра. Индуцированный коллапс нейтронной звезды допускает образование струй и высокоэнергетических выбросов , которые трудно смоделировать с помощью одной звезды.

Смотрите также

  • Прародители гамма-всплесков  - типы небесных объектов, которые могут испускать гамма-всплески.
  • Кварковая звезда  - компактная экзотическая звезда, которая образует материю, состоящую в основном из кварков.
  • Кварк-нова  - Гипотетический сильный взрыв в результате превращения нейтронной звезды в кварковую звезду.

использованная литература

дальнейшее чтение