Opprinnelsen til supernova-ringene 1987A forklares • Sergey Popov • Vitenskapsnyheter om "Elementene" • Astronomisk vitenskapelig bilde av dagen

Forklarte opprinnelsen til supernova ringene 1987A

Fig. 1. Resultater av modellering av ringenes struktur i supernova 1987A (fra astro-ph / 0703317 artikkel av Morris og Podyadlovsky)

Det har vært 20 år siden eksplosjonen av supernova 1987A i Stor Magellanic Cloud, men mysteriet om de tre ringer rundt eksplosjonen, som ligner en timeglass i form, har ennå ikke blitt avslørt. Astrophysicists Thomas Morris og Philipp Podsiadlowski fra Oxford University (Storbritannia) bygget en tredimensjonal numerisk modell som forklarte egenskapene til trippelringsystemet i supernova-restanten 1987 ved at en eksploderende stjerne en gang ble dannet som et resultat av en fusjon av de binære systemkomponentene.

23. februar 1987 ble jorden utsatt for lys fra en supernova-eksplosjon i Stor Magellanic Cloud, kalt Supernova 1987A (eller SN 1987A fra supernova, SN). Selvfølgelig skjedde blitsen selv om 160-170 tusen år før det – det er bare den tiden det tar lyset å dekke avstanden som skiller oss og dvergens satellitt i vår galakse, men utenom vane vil vi snakke om 1987-blitsen.

Det var den første supernova siden Keplers tid i 1604, synlig for det blotte øye (SN 1604 er den siste supernovaen som er registrert i vår galakse).Observasjoner gjorde det mulig å skaffe seg et vell av informasjon om supernova 1987A, noe som gjorde det mulig å gjøre betydelige fremskritt i å forstå stjernenes eksplosjon. På grunn av nærheten til Stor Magellanic Cloud klarte for første gang å oppdage arkivbilder føren supernova, det vil si en eksploderende stjerne – det viste seg å være den blå supergiant Sanduleak -69 ° 202, beskrevet i 1969 av den romersk-amerikanske astronomen Nick Sanduljak. (Samtidig ble antakelsen om at alle supernovaer ble dannet av røde supergiants refused).

I tillegg arbeidet neutrino detektorer i 1987, slik at forskere for første gang kunne registrere et neutrino-signal fra en eksplosjon (3 timer før lyset fra blitsen nådde jorden, registrerte flere nøytrino observatorier et betydelig overskudd av nøytrino-bakgrunnen). Men det er ikke alt. I løpet av de 20 årene som har gått siden eksplosjonen (igjen understreker konvensjonaliteten til dette uttrykket) har forskere fulgt utviklingen av supernova-restanten. Alle vet de vakreste bildene av dette objektet. Spesielt slående er det tredobbelte systemet av ringer, fremhevet i supernova-restanten (i tillegg ble to stjerner projisert på resten helt ved en tilfeldighet, som viste de to ringene i diamanter med ringer). Hvordan dannes disse ringene?

Fig. 2. For å forstå strukturen til ringene SN 1987A, må du mentalt gjengi sitt tredimensjonale bilde. Tenk deg en timeglass (faktisk er analogien med en timeglass ufullstendig fordi det ikke er nok veggklokker). En mindre, lysere ring i midten tilsvarer "midjen" på klokken. Og to store ringer øverst og bunn ligger i en avstand på ca. 0,4 parsek (ca. 1,3 lysår) fra innerringens plan. Alle ringene er omtrent på samme akse. (Foto fra hubblesite.org)

Ringene ble ikke kastet ut av en supernova-eksplosjon, ellers måtte de øyeblikkelig vises noen få få måneder unna. (Avstanden til de ytre ringene fra eksplosjonsstedet er mer enn et lysår, og den indre er litt mer enn et halvt år, og kinematikken til ringene er kjent.) Så eksisterte de før blitsen. Bare en eksplosjon "opplyst" dem. Hubble-teleskopet, lansert i april 1990, "så" den indre ringen rundt eksploderte supernova allerede 23. august, 24., 1990. To eksterne, mindre lyse, ringer ble først oppdaget i Hubble-fotografiene i 1994.

De uvanlige egenskapene til supernovaen selv (kjemiske anomalier), kombinert med dataene på stamfaderstjernen, har lenge foreslått forskere at den blå supergiant Sk -69 ° 202 ble dannet som et resultat av sammensmeltingen av to massive stjerner.Men for å bevise det er veldig vanskelig. Kanskje en vellykket forklaring av egenskapene til ringene ved hjelp av tredimensjonal modellering, fungerer delvis som bevis.

I løpet av livet deres, stjeler stjernene aktivt materie. Alle vet de vakreste planetariske nebulae, noen ganger med en veldig bisarre form. Alle disse naturens underverker dannes på grunn av utstrømningen av stjernens materie, som kan forekomme i flere stadier, og strømmen kan være sfærisk asymmetrisk. Heltene i vår historie er ikke noe unntak – ringen av SN 1987A.

Utløpet av saken fra pre-supernovae ble årsaken til utseendet til både de indre og begge ytre ringene. I løpet av de siste 20 årene har mange modeller blitt bygget, forsøker å forklare opprinnelsen til ringene. Imidlertid tok de ikke hensyn til egenskapene til fordelingen av saken rundt stjernen før eksplosjonen. Dette er sannsynligvis hvorfor ingen modell kunne forklare hele settet av observerbare parametere. Morris og Podyadlovsky synes å ha lykkes.

I modellen av Morris og Podsadlovsky, som vi vil diskutere, tilsvarer sterkere stråling en høyere gassdensitet. Utseendet til disse selene tilskrives modellens forfattere til det faktum at pre-supernovae dukket opp som et resultat av sammenslåingen av to stjerner.Modellen vurderer et binært system bestående av stjerner med masser på ca. 15 og 5 sol. Den mer massive stjernen utvikler seg raskere. Vannet i kjernen brenner ut, og det etterlater hovedsekvensen (se Hertzsprung-Russell Diagram). Så ekspanderer stjernen, og overføringen av materie fra en komponent av det binære systemet til en annen begynner (se figur 3, panel en).

Fig. 3. Modell av Morris og Podyadlovsky. En slik evolusjonær ordning ledet spesielt til dannelsen av ringer. panelen: begynner ustabil overføring av saken fra en stjerne til en annen. Et felles skall er dannet (panelb). På dette stadiet er den mindre massive stjernen (det er til venstre) fortsatt på scenen av hovedsekvensen (MS), mens den andre, mer massive og dermed raskere utviklende stjernen allerede har dannet en karbon-oksygen (CO) -kjerne inni seg selv. Stjernene nærmer seg hverandre i en felles konvolutt, og en del av konvoluttmassen blir spredt (panelc). Til slutt slutter fusjonen (paneld: mørk blå farge – disse er tetninger, dvs. ringembryoer; blå – stoffet utladet under fusjonen den røde – stoffet utladet under transformasjonen av den røde giganten til blå gul – vinden av den blå giganten). Etter 1000 år med avslapning, oppstår en blå gigant. På dette tidspunktet har spredningsskallet allerede dannet rundt en kompleks struktur som inneholder "embryoer" av tre ringer. Gigantens raske og kraftige vind blåser hele strukturen. Før supernova-eksplosjonen, som skjedde rundt 20.000 år etter fusjonen, er hele settet av ringer klare. Det gjenstår bare å ionisere stoffet i dem med en kraftig strøm av ultrafiolett stråling. (Figur fra diskutert artikkel astro-ph / 0703317)

Massoverføringen i et slikt system er ustabil: den andre stjernen kan ikke "assimilere" alt det som faller på det, siden overføringshastigheten er for høy og "overløper". Det såkalte "vanlige skallet" blir dannet – det vil si det binære systemet er nedsenket i en sky av gass. I denne situasjonen begynner de doble komponentene å konvergere (figur 3, panel b), siden vinkelmomentet blir båret vekk fra systemet sammen med stoffet av skallet. En del av stoffet i det generelle skallet blir kastet bort (figur 3, panel c). Til slutt går stjernene sammen.

Umiddelbart etter fusjonen bør noe "stort og løs" dannes. Dette er en rød supergiant – en stjerne med relativt kaldt (og derfor rødt) ytre lag og en gigantisk radius, som er ca. 1500 sol.Den største massen av stjernen (12 av 20 solmasser) er konsentrert i et gigantisk sjeldent skall. Etter fusjonen roterer stjernen raskt raskt (selvfølgelig, rask bare for sin gigantiske størrelse). Derfor er formen ikke sfærisk. En del av stoffet flyter bort, og tar bort overskytende vinkelmoment. Stjernen endrer utseendet sitt. Det krymper, og en gigantisk blå kommer opp 1000 år etter fusjonen (blå farge er forbundet med høy temperatur i ytre lag). Det er mye mer kompakt og lettere enn den røde supergianten. Tross alt kan flere solmasser gå tapt med en stjerne på grunn av flytende materie.

Fig. 4. Fordelingen av saken rundt stjernen før eksplosjonen. Svarte prikker indikerer saken om den blå gigantiske stjernens vind. Blå og grønn – stoffet av skallet. Selene vist i grønt på (X, Z) = (0,4, 0,4) og symmetrisk ved (X, Z) = (0,4, -0,4) blir de ytre ringene (vi ser på høyre halvdel av skiven i meridional fly). Tetningen i ekvatorialplanet ved X = 0.2 av parsec vil bli en indre ring. Polar akse – polar akse ekvatorialplan – ekvatorialplanet (alt i forhold til stjernen, sammenlikner stjernens ekvator med orbitalt dobbeltplan, som slått sammen).Stjernen er på (0, 0). Fig. fra den diskuterte artikkelen astro-ph / 0703317

I ferd med å slå sammen og dumpe deler av det vanlige skallet – det vil si før blågigantens utseende – var "embryoene" til de indre og ytre ringene allerede dannet. Den blå giganten begynner å gi ut en kraftig stjernevind, mye raskere enn den røde giganten. Vindstoffet kolliderer med stoffet av det kasserte skallet (figur 3 panel d). Områder med høy tetthet blir båret bort av vinden av den blå giganten til en større avstand. Slik formes de ytre ringene. Den indre ringen kjøper sitt endelige utseende på grunn av samspillet mellom vinden av den blå giganten med materie som tidligere hadde flommet ut i ekvatorialplanet.

På fig. 4 viser fordelingen av stoffet 20.000 år etter fusjonen (som tilsvarer eksplosjonstidspunktet). Svarte prikker indikerer vindemuligheter, farge indikerer nebulasjonsmateriell. Figuren viser bare halvparten av systemet, den andre er symmetrisk til den. For å representere hele systemet, speil bildet om Z-aksen. Stjernen er på punktet (0,0). Alt er klart for eksplosjonen.

Nå for å få bildet i fig. 1, er det bare nødvendig å "markere" den resulterende strukturen med en supernova-eksplosjon og velg den riktige vinkelen.Faktisk, selv om selene rundt pre-supernovaen eksisterte før eksplosjonen, var det umulig å se dem fra jorden. En supernova-eksplosjon på grunn av kraftig ultrafiolett stråling fører til ionisering av substansen av disse selene. Det er så lyse ringer vises.

Det er spesielt interessant å se på dette hele bildet av utseendet på ringer i bevegelse. Du kan gjøre det her og her. En av filmene (fusjon.mpg eller S1, avhengig av hvilket nettsted du laster ned dem fra), viser hvordan strukturen rundt stjernen dannes som et resultat av fusjonen. Den andre filmen (wind.mpg eller S2) demonstrerer hvordan vinden i den blå giganten kutter inn i den dannede strukturen. Handlingen av den første filmen foregår på en skala på bare 12 år. Den andre filmen forteller historien om 20.000 år.

Sammenligning av simuleringsresultatet (figur 1) med et bilde av ringsystemet (figur 2) antyder at forfatterne har gjort jobben sin. I tillegg til å forklare utseendet på hele systemet, var de også i stand til å beskrive de kinematiske egenskapene til ringene. Og disse er allerede alvorlige argumenter for det faktum at den vurderte modellen er riktig. Og det betyr at supernova 1987A skylder sine fantastiske egenskaper til sammenslåingen av to stjerner.

kilde: T. Morris, Ph. Podsiadlowski.Triple-Ring Nebula Around SN 1987A: Fingeravtrykk av en binær fusjon // astro-ph / 0704317.

Sergey Popov


Like this post? Please share to your friends:
Legg att eit svar

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