Supernowe — Przygody w kosmosie Part 2

Dziś w Galaktycznym Ogródku przyjrzymy się Supernowym. Jak powstają, jaki mają wpływ na życie w kosmosie i jak pomagają naukowcom w badaniach kosmosu. 
 

Na pewno większość jak nie wszyscy słyszeli o Supernowych, jeśli kiedyś was zastanawiało czym tak naprawdę są i jakie mają znaczenie w kosmosie dziś dowiecie się wszystkiego by zaspokoić swoją ciekawość. Zapraszam do lektury :) 

Supernowa, brzmi oszałamiająco i dosłownie wybuchowo bo supernowe to znane od starożytności kosmiczne eksplozje gwiazd.  Powstałe w wyniku śmierci gwiazdy promieniowanie jest widoczne z bardzo daleka i może się utrzymywać od kilku minut do tygodni. Nic na ziemi i w wszechświecie nie jest wieczne, gwiazdy także i choć w porównaniu do naszego życia miliony lat wydają się wiecznością w kosmicznej skali jest to ledwie ułamek. Jednak zacznijmy od początku dlaczego właściwie gwiazdy wybuchają i czy nasze słońce czeka podobny los?

Od razu tłumaczę, że nie wszystkie gwiazdy wybuchają pod koniec swojego życia, dokładnie tylko te które są ok 10 razy masywniejsze od słońca w górę. Nasza gwiazda ma za małą masę by doszło do wybuchu, pod koniec swojego życia zmieni się w białego karła, jest to pozostałość jądra po wyrzuceniu reszty zewnętrznych powłok. Taki biały karzeł nie emituje dużo światła i promieniowania, pozostają w tym stanie nawet na setki milionów lat jako pozostałość po gwieździe. Z jednej strony dobrze, gdyż ziemia nie zostanie unicestwiona w wybuchu, jednak nie mam dobrych wieści podczas procesu umierania słońce będzie stawało się bardziej gorące i będzie się powiększać, aż wypali całe swoje paliwo i fuzja jądrowa ustanie, według badań masy słońca średnica słońca obejmie orbitę Jowisza. Ale do tego czasu ludzie pewnie już dawno się sami wybiją.

Wracając do supernowych jak wspominałem tylko masywne gwiazdy wybuchają jednak jest pewien wyjątek białe karły też mogą wybuchnąć, ale tylko gdy posiadają gwiazdę kompana, czyli znajdują się w podwójnych lub potrójnym układzie. Białe karły jako pozostałości po gwiazdach mają o wiele większą siłę grawitacyjną, niż sąsiadujące gwiazdy co prowadzi do tego, że karzeł kradnie masę z pobliskiej gwiazdy dosłownie zjada drugą gwiazdę. Jednak karły mają pewną wartość krytyczną masy której nie mogą przekroczyć zjawisko to nazwa się Granica Chandrasekhara i pochodzi od indyjskiego astronoma który wpadł na ten pomysł w latach 30 ubiegłego wieku. Gdy granica zostaje przekroczona dochodzi do wybuchu i powstania supernowej.

Wiec ze względu na to co już opisałem supernowe dzielimy na dwie główne grupy:

- Supernowe typu 1a które powstają w wybuchać białych karłów i nie posiadają wodoru, te supernowe są bardzo charakterystyczne gdyż siła i jasność wybuchu jest w każdym przypadku do siebie zbliżona

- Supernowe typu 2 które powstają w bardzo masywnych gwiazdach pod koniec ich życia, ich wielkość jest zmienna i zależy od masy jak i składu gwiazdy, posiadają też wodór w spektrum

Typ 1a przez swoje właściwości jest wykorzystywany do badania odległości w kosmosie według obliczeń w wszechświecie średnio wybucha jedna supernowa co sekundę. Do pomiarów stosuje się zasadę „świecy” tzn. że przez obserwację jednej supernowy typu 1a w jednym zakątku kosmosu porównuje się ja do innej tego samego typu. Według praw fizyki jeśli coś jest dwa razy dalej, jest cztery razy bardziej ciemne, chodzi tu o promieniowanie które powstaje w wybuchu. Dzięki temu można obliczać odległość w kosmosie wykorzystując supernowe 1a. Jako zjawisko bardzo, rzadko zachodzące (z perspektywy ziemskiego padołu) są one gratką dla astronomów jak i pomocną wskazówką.

Typ 2 jest bardziej nieobliczalny masywne gwiazdy wyznają zasadę: „żyję szybko umieram w wybuchu” :) wielkie gwiazdy spalają o wiele więcej paliwa by utrzymać swoją masę w kosmosie. To co dzieje się pod koniec ich życia to po prostu brak paliwa. Gwiazdy jako paliwo wykorzystują fuzję termojądrową, na początku najwięcej posiadają wodoru który jest najbardziej powszechnym pierwiastkiem w wszechświecie. Przez fuzję zmieniają wodór w hel, jest to podstawowa synteza helu, która zachodzi w wszystkich gwiazdach, masywniejsze gwiazdy dokonują fuzji węgla, azotu i tlenu. Więcej o fuzji znajdziecie tutaj. No wiec gwiazda sobie spala tak paliwo dokonując fuzji na kolejnych pierwiastkach, aż dochodzi do żelaza. Fuzja wszystkich cząstek do żelaza generuje energię, a cięższych od żelaza pochłania energię. Dlatego gdy gwiazda dochodzi do fuzji żelaza ma nazwijmy to umownie „wielkie odbeknięcie” a z braku energii by przeciwstawić się grawitacji gwiazda zapada się do wewnątrz, pod własnym ciężarem co doprowadza do olbrzymiego ciśnienia i temperatury w jądrze co prowadzi do wybuchu i powstania supernowej. Dlatego tylko olbrzymie gwiazdy wybuchają bo mają masę i temperaturę by przeprowadzać fuzję cięższych pierwiastków, małe gwiazdy jak słońce żyją większość swojego życia tylko na syntezie helu i dlatego nie wybuchają. W momencie wybuchu tworzone są też ciężkie pierwiastki które wraz z wybuchem wędrują po przestrzeni.

Naukowcy potrafią rozróżnić supernowe korzystając z spektrum światła jakie wydobywa się po wybuchu, światło można rozszczepić np. pryzmatem, siatką dyfrakcyjną, następnie badane są długości poszczególnych kolorów które wskazują rodzaj budowy gwiazdy, a dokładnie obfitość konkretnych pierwiastków. Badanie widma to spektroskopia  tutaj można poczytać więcej. 

Supernowe są kosmicznymi czyścicielami, energia wybuchu zniszczy wszystkie systemy planetarne w zasięgu lat świetlnych jednak przyczyniają się też do tworzenia, planet i organizmów gdyby nie supernowe, życie na ziemi nigdy by nie powstało, właściwie to nasz układ słoneczny nigdy by nie powstał. Jesteśmy zbudowani z pierwiastków które powstały podczas fuzji i wybuchów supernowych. Fala uderzeniowa supernowej spręża gazy ( tak wiem jak to brzmi ;D ) znajdujące się w przestrzeni co powoduje powstawianie gwiazd i planet. W kosmosie większość gazów i pierwiastków sobie swobodnie dryfuje i bez odpowiedniego bodźca nic się nie uformuje. Choć supernowe to zabójcy są jednocześnie stwórcami.

Dobra dochodzimy do ciekawszej części :) Gdy supernowe umiera wyrzucając całą swoją materię w przestrzeń powstają tzw. pozostałości supernowych Supernova Remnants i mgławice. Pozostałości te układają się w przeróżne wzory i kształty w zależności o masy i składu gwiazdy. Oto kilka przykładów:

Jest to pozostałość po supernowej SN 1987a najbliższej ziemi jaką kiedykolwiek dało się uchwycić w akcji, była widoczna gołym okiem

Mgławica "kocie oko"

IC 443 "Meduza"

N63a

Jedna z bardziej znanych mgławica Kraba, też pozostałość po supernowej 

N49 w wielkim obłoku Magellana 

E0102 w małym obłoku Magellana

SN 1604 pozostałość po gwieździe Keplera 

Cassiopeia A

Mgławica Cirrus zwana też Veil Nebula 

SN 1572

Może się wydawać, że po wybuchu nic nie pozostaje nie jest to do końca prawdą, bo w wybuchu supernowych powstają (najczęściej) gwiazdy neutronowe lub (rzadziej) czarne dziury, wszystko zależy jednak od początkowej masy gwiazdy. Gwiazdy neutronowe są to wyjątkowo małe ciała które mają niewyobrażaną masę i siłę przyciągania. Przy średnicy ok 10-15 km mają masę 2 do 3 krotną masie słońca, dla przykładu: łyżeczka gwiazdy neutronowej na ziemi ważyłaby ok 6 miliardów ton, ale więcej na ich temat napiszę przy pulsarach i kwazarach.

Warto wspomnieć o cząstkach zwanych neutrino które powstają w fuzji gwiazd, nie posiadają one ładunku elektrycznego i mają prawie zerową masę, nie ulegają oddziaływaniom z wyjątkiem słabych oddziaływań. Cząstki te są niezwykle małe i ich istnienie udowodniono dopiero w ’56 co i tak nie wiele mówiło o samych cząstkach i dopiero w ostatnich latach dowiadujemy się wielu ciekawych odkryć na temat neutrin, które zwane są też cząstkami widmo ze względu na nikłe oddziaływanie i zerowy ładunek. Jako przykład podam, że przez jeden centymetr kwadratowy Ziemi zwrócony prostopadle do Słońca, co sekundę przelatuje 65 miliardów neutrin. Bez większego problemu, bo nie zatrzymuje ich materia stąd nazwa cząstka widmo. Więcej możecie dowiedzieć się z wiki oto link.

Tak wygląda wodny detektor promieniowania Czerenkowa do wyłapywania neutrin (Super-Kamiokande), każda kula to zbiornik z super czystą wodą i czujnikiem rejestrującym wszelkie zmiany. Całe pomieszczenie jest kilometr pod ziemią by ograniczyć wpływ innych cząstek. 

Okej na dziś to będzie tyle mam nadzieje, że było ciekawie i nikt nie usnął, zawsze można pooglądać obrazki hehe tak więc dzięki za uwagę i zapraszam do kolejnego wpisu. Zamieszczam też link dla osób które nie widziały pierwszego wpisu z tej kategorii. "Mój galaktyczny ogródek czyli przygody w kosmosie Part 1"

Pozdrawiam i do przeczytania.