Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено из Hypernovae )
Перейти к навигации Перейти к поиску
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 мысль сверхновой в результате 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 - один из механизмов образования длинныхгамма-всплески (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 [ править ]

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 . [1] [2] [3] Этот термин ранее использовался для описания гипотетических взрывов в результате различных событий, таких как гиперзвезды , чрезвычайно массивные звезды населения III в ранней Вселенной [4] или в результате таких событий, как слияние черных дыр . [5]

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, и 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. [6] 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. [7] Из анализа спектроскопических данных как GRB 970508, так и его родительской галактики, Bloom et al. в 1998 году пришел к выводу, что вероятной причиной была гиперновая. [7] В том же году польский астроном Богдан Пачиньский более подробно выдвинул гипотезу о сверхновых как сверхновых от быстро вращающихся звезд. [8]

Использование термина гиперновая в конце 20-го века было усовершенствовано для обозначения сверхновых с необычно большой кинетической энергией. [9] Первой наблюдаемой гиперновой была SN 1998bw со светимостью в 100 раз выше, чем у стандартной звезды типа Ib. [10] Эта сверхновая 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 . [11] С тех пор этот термин применяется к множеству объектов, не все из которых соответствуют стандартному определению; например АСАССН-15лх .[12]

Свойства [ править ]

Гиперновые в настоящее время широко считаются сверхновыми, выбросы которых имеют кинетическую энергию более чем примерно 10 52  эрг , 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 . [13] [14]

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 ☉ . [13] Все сверхновые, связанные с гамма-всплесками, показали высокоэнергетический выброс, который характеризует их как гиперновые. [15]

Необычно яркие радиосверхновые наблюдались как аналоги гиперновых, и их назвали «радиогиперновыми». [16]

Астрофизические модели [ править ]

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. Двойные 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 [ править ]

Для полностью схлопнувшейся звезды см. Звездную черную дыру .

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 коллапс ядра происходит у звезды, ядро ​​которой примерно в пятнадцать раз больше массы Солнца ( M ☉) - хотя химический состав и скорость вращения также важны - энергии взрыва недостаточно, чтобы вытеснить внешние слои звезды, и она схлопнется в черную дыру, не вызвав видимой вспышки сверхновой.

Звезда с массой ядра немного ниже этого уровня в диапазоне 5-15  М ☉ -будет пройти взрыв сверхновой, но так много выброшенный масса падает обратно на основной остаток , что он все еще коллапсирует 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. [17] [18]

Бинарные модели [ править ]

Механизм образования лишенного предшественника, 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 Вольфа-Райе, чей плотный звездный ветервытеснил все его внешние слои. Наблюдения не смогли обнаружить таких прародителей. До сих пор окончательно не показано, что предшественники на самом деле являются объектами другого типа, но несколько случаев предполагают, что предшественниками 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 родоначальники сверхновых типа Ic все еще не определены. [19]

Один из предложенных механизмов для создания гамма-всплесков - это индуцированный гравитационный коллапс, когда нейтронная звезда запускается для коллапса в черную дыру в результате 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. [20]

См. Также [ править ]

  • 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.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Woosley, SE; Уивер Т.А. (1981). «Теоретические модели сверхновых». NASA Sti / Recon Технический отчет N . 83 : 16268. Bibcode : 1981STIN ... 8316268W .
  2. ^ Янка, Ханс-Томас (2012). "Механизмы взрыва сверхновых звезд с коллапсом ядра" . Ежегодный обзор ядерной науки и физики элементарных частиц . 62 (1): 407–451. arXiv : 1206.2503 . Bibcode : 2012ARNPS..62..407J . DOI : 10.1146 / annurev-nucl-102711-094901 . S2CID 118417333 . 
  3. ^ Gass, H .; Liebert, J .; Версе, Р. (1988). «Спектральный анализ чрезвычайно бедного металлами углеродного карлика G 77-61». Астрономия и астрофизика . 189 : 194. Bibcode : 1988A & A ... 189..194G .
  4. ^ Баррингтон, RE; Белроуз, Дж. С. (1963). «Предварительные результаты исследования сверхнизкочастотного приемника на борту канадского спутника Alouette». Природа . 198 (4881): 651–656. Bibcode : 1963Natur.198..651B . DOI : 10.1038 / 198651a0 . S2CID 41012117 . 
  5. ^ Парк, Сеок Дж .; Вишняк, Итан Т. (1991). «Обнаруживаются ли гиперновые звезды?». Астрофизический журнал . 375 : 565. Bibcode : 1991ApJ ... 375..565P . DOI : 10.1086 / 170217 .
  6. ↑ Джонатан И. Кац (2002). Самые большие взрывы: Тайна гамма-всплесков, самых сильных взрывов во Вселенной . Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-514570-0.
  7. ^ а б Блум (1998). "Основная галактика GRB 970508". Астрофизический журнал . 507 (507): L25–28. arXiv : astro-ph / 9807315 . Bibcode : 1998ApJ ... 507L..25B . DOI : 10.1086 / 311682 . S2CID 18107687 . 
  8. ^ Пачинский (1997). «GRB как гиперновые звезды». arXiv : astro-ph / 9712123 . Bibcode : 1997astro.ph.12123P . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  9. ↑ Дэвид С. Стивенсон (5 сентября 2013 г.). Экстремальные взрывы: сверхновые, гиперновые, магнитары и другие необычные космические взрывы . Springer Science & Business Media. ISBN 978-1-4614-8136-2.
  10. ^ Вусли (1999). "Гамма-всплески и сверхновые типа Ic: SN 1998bw". Астрофизический журнал . 516 (2): 788–796. arXiv : astro-ph / 9806299 . Bibcode : 1999ApJ ... 516..788W . DOI : 10.1086 / 307131 . S2CID 17690696 . 
  11. ^ Мория, Такаши Дж .; Сорокина Елена Ивановна; Шевалье, Роджер А. (2018). «Сверхсветовые сверхновые». Обзоры космической науки . 214 (2): 59. arXiv : 1803.01875 . Bibcode : 2018SSRv..214 ... 59M . DOI : 10.1007 / s11214-018-0493-6 . S2CID 119199790 . 
  12. ^ Джессика Orwig (14 января 2016). «Астрономы сбиты с толку недавно обнаруженным космическим взрывом, который светит в 570 миллиардов раз ярче Солнца» . Проверено 22 марта 2016 года .
  13. ^ a b Номото, Кен'Ичи; Маэда, Кейчи; Mazzali, Paolo A .; Умеда, Хидеюки; Дэн, Цзиньсонг; Ивамото, Коичи (2004). «Гиперновые и другие сверхновые, образующие черные дыры». Библиотека астрофизики и космической науки . 302 : 277–325. arXiv : astro-ph / 0308136 . Bibcode : 2004ASSL..302..277N . DOI : 10.1007 / 978-0-306-48599-2_10 . ISBN 978-90-481-6567-4. S2CID  119421669 .
  14. ^ Маццали, Пенсильвания; Nomoto, K .; Deng, J .; Maeda, K .; Томинага, Н. (2005). «Свойства гиперновых звезд в гамма-всплесках». 1604-2004: Сверхновые как космологические маяки . 342 : 366. Bibcode : 2005ASPC..342..366M .
  15. ^ Мёста, Филипп; Ричерс, Шервуд; Отт, Кристиан Д .; Хаас, Роланд; Пиро, Энтони Л .; Бойдстун, Кристен; Абдикамалов, Эрназар; Рейсвиг, Кристиан; Шнеттер, Эрик (2014). "Магнитовращательные сверхновые звезды с коллапсом ядра в трех измерениях". Астрофизический журнал . 785 (2): L29. arXiv : 1403.1230 . Bibcode : 2014ApJ ... 785L..29M . DOI : 10.1088 / 2041-8205 / 785/2 / L29 . S2CID 17989552 . 
  16. ^ Nakauchi, Daisuke; Кашияма, Кадзуми; Нагакура, Хироки; Сува, Юдай; Накамура, Такаши (2015). "Оптические синхротроны - предшественники радиогиперновых звезд". Астрофизический журнал . 805 (2): 164. arXiv : 1411.1603 . Bibcode : 2015ApJ ... 805..164N . DOI : 10.1088 / 0004-637X / 805/2/164 . S2CID 118228337 . 
  17. ^ Nomoto, Ken'Ichi; Мория, Такаши; Томинага, Нозому (2009). «Нуклеосинтез элементов в слабых сверхновых и гиперновых» . Труды Международного астрономического союза . 5 : 34–41. DOI : 10.1017 / S1743921310000128 .
  18. ^ Фудзимото, SI; Nishimura, N .; Хашимото, Массачусетс (2008). «Нуклеосинтез в магнитных струях из коллапсаров». Астрофизический журнал . 680 (2): 1350–1358. arXiv : 0804.0969 . Bibcode : 2008ApJ ... 680.1350F . DOI : 10.1086 / 529416 . S2CID 118559576 . 
  19. ^ Таврис, TM; Langer, N .; Мория, Т.Дж.; Podsiadlowski, Ph .; Юн, С.-К .; Блинников, С.И. (2013). «УЛЬТРАПЛОСКОЙ ТИП Ic SUPERNOVAE ОТ ЗАКРЫТОЙ ДВОИЧНОЙ ЭВОЛЮЦИИ». Астрофизический журнал . 778 (2): L23. arXiv : 1310.6356 . Bibcode : 2013ApJ ... 778L..23T . DOI : 10.1088 / 2041-8205 / 778/2 / L23 . S2CID 50835291 . 
  20. ^ Ruffini, R .; Karlica, M .; Саакян, Н .; Rueda, JA; Wang, Y .; Мэтьюз, Г.Дж.; Bianco, CL; Мучино, М. (2018). "Модель послесвечения гамма-всплеска, соответствующая наблюдениям гиперновых звезд". Астрофизический журнал . 869 (2): 101. arXiv : 1712.05000 . Bibcode : 2018ApJ ... 869..101R . DOI : 10.3847 / 1538-4357 / aaeac8 . S2CID 119449351 . 

Дальнейшее чтение [ править ]

  • MacFadyen, AI; Вусли, С.Е. (1999). «Коллапсары: гамма-всплески и взрывы в« неудавшихся сверхновых » ». Астрофизический журнал . 524 (1): 262–289. arXiv : astro-ph / 9810274 . Bibcode : 1999ApJ ... 524..262M . DOI : 10.1086 / 307790 . S2CID  15534333 .
  • Woosley, SE (1993). «Гамма-всплески от дисков аккреции звездной массы вокруг черных дыр». Астрофизический журнал . 405 (1): 273–277. Bibcode : 1993ApJ ... 405..273W . DOI : 10.1086 / 172359 .
  • Пиран, Т. (2004). «Физика гамма-всплесков». Обзоры современной физики . 76 (4): 1143–1210. arXiv : astro-ph / 0405503v1 . Bibcode : 2004RvMP ... 76.1143P . DOI : 10.1103 / RevModPhys.76.1143 . S2CID  118941182 .
  • Хьорт, Йенс; Соллерман, Джеспер; Møller, Palle; Финбо, Йохан ПУ; Woosley, Stan E .; Ковелиоту, Крисса; Tanvir, Nial R .; Грейнер, Йохен; Андерсен, Майкл I .; и другие. (2003). «Очень мощная сверхновая, связанная с гамма-всплеском 29 марта 2003 года». Природа . 423 (6942): 847–50. arXiv : astro-ph / 0306347 . Bibcode : 2003Natur.423..847H . DOI : 10,1038 / природа01750 . PMID  12815425 . S2CID  4405772 .