Podczas życia Drogi Mlecznej miało miejsce około stu milionów eksplozji supernowych, które wzbogaciły galaktykę o tlen, którym oddychamy, żelazo w naszych samochodach, wapń w kościach i krzem w skałach skorupy ziemskiej. Wybuchające gwiazdy wpływają na narodziny nowych gwiazd, są źródłem intensywnych promieni kosmicznych i mogły pomóc w tworzeniu galaktyk we wczesnym Wszechświecie. Astronom Adam Burrows z University of Arizona niedawno poinformował w czasopiśmie Nature (Vol. 403, 17 lutego 2000, ss. 727-733), że supernowe astronomów są w centrum zainteresowania: mogą pomóc rozwiązać starą zagadkę o pochodzeniu Gammablitze. Jeden konkretny typ, tak zwane supernowe Ia, jest obecnie używany do określania geometrii wszechświata - z zaskakującymi wynikami.

Jak stworzyć supernową

Podczas gdy gwiazdy takie jak Słońce powoli, przez setki tysięcy lat, od rozdętego Czerwonego Giganta po mrożący Biały Karzeł, cięższe gwiazdy żegnają się z hukiem: kończą w supernowej.

Kiedy taka gwiazda emituje wodór i hel jako paliwa, rośnie w niej biały karzeł, otoczony skorupami wciąż niewykorzystanego wodoru i helu, w których cięższe pierwiastki, takie jak tlen, neon i węgiel, stapiają się, tworząc żelazo i magnez. Kiedy biały karzeł wyrósł do około 1, 4 mas Słońca, jego ciśnienie promieniowania nie jest już wystarczające, aby zrównoważyć grawitację wewnętrzną: jądro gwiazdy wszczepia się i pokrywa z ćwiartką prędkości światła od wielkości Ziemi do wielkości miasta, Rdzeń zajmuje większą gęstość niż jądro atomowe - dziesięć miliardów razy gęstszy niż wolfram o największej gęstości. Ponieważ materia nie może być już ściśnięta w tych warunkach, implodująca materia odbija się od siebie. pokaz

Rdzeń ponownie się rozszerza i spotyka zbiegający się płaszcz gwiazdy. Eksplodująca materia jądrowa, podobnie jak tłok, napędza falę uderzeniową w płaszczu w kształcie gwiazdy, który zatrzymuje krótką implozję po krótkiej przerwie i ostatecznie odrywa się od zewnętrznych powłok gwiazdy. Ośrodek międzygwiezdny jest zalany świeżo utworzonymi ciężkimi pierwiastkami, takimi jak tlen, węgiel, magnez, krzem, wapń, siarka i radioaktywny nikiel.

Widoczne fajerwerki takiej eksplozji mogą przyćmić otaczającą galaktykę na wiele miesięcy. Pozostaje zwykle 20-kilometrowa gwiazda neutronowa, która obraca się wokół własnej osi z okresem milisekund do sekund.

Najsłynniejszą pozostałością po supernowej jest Pulsar w Mgławicy Kraba, który powstał w historycznie zarejestrowanej supernowej w 1054 r. Ta supernowa była nawet widoczna w ciągu dnia przez kilka tygodni.

Niedawno astronomowie rozwiązali zagadkę, w jaki sposób eksplozja jądra wywołuje faktyczną eksplozję supernowej. W rzeczywistości siła wybuchu nuklearnego nie powinna być wystarczająca, aby powstrzymać zawalający się płaszcz. Rozwiązaniem, pisze Burrows, wydaje się być neutrina: chociaż te widmowe cząstki zwykle prawie nie reagują z inną materią, są częściowo uwięzione w super-gęstym prekursorze gwiazdy neutronowej. Gdy ta proto-neutronowa gwiazda nadal się transformuje, neutrina uciekają za jednym zamachem. Niektóre z tych neutrin są wchłaniane przez zapadający się płaszcz i nagrzewają go. To powoduje wybuch.

Zagadka Gammablitze

Wyrywanie gamma jest jednym z tajemniczych zjawisk wszechświata: zajmuje ułamki sekundy lub najwyżej minuty i składa się z niezwykle energetycznych fotonów. Przez długi czas uważano, że powstały one w Drodze Mlecznej. Które kosmiczne obiekty, które wysyłają, były całkowicie niejasne.

Dopiero w 1997 roku satelita Beppo-Sax odkrył optyczny odpowiednik błysku gamma. Ze spektrum można wywnioskować, że obiekt był bardzo daleko i zawierał także zjonizowane żelazo i magnez. Później odkryta Gammablitz GRB980245 była dokładnie zgodna z niezwykłą supernową Ic, która wybuchła w pobliskiej galaktyce. Według Burrowsa jest coraz więcej dowodów na to, że część rozbłysku gamma jest wytwarzana przez supernowe - ale prawdopodobnie przez wyjątkowo duże „hipernowe”, w których powstaje czarna dziura.

Efekty magnetyczne lub parowanie neutrin i antyneutrin mogą wytwarzać relatywistyczną wiązkę elektronów i pozytonów, które wirują przez powłokę prekursora supernowej i powodują rozbicie promieniowania gamma. Potem następuje faktyczna eksplozja. Jednak dokładny mechanizm, za pomocą którego może wystąpić rozbicie promieniowania gamma, jest nadal niejasny.

Supernowe jako „standardowe świece”

Ze względu na ich jasność, supernowe są teraz używane do pomiaru odległości od odległych galaktyk. Ponieważ zakłada się, że rozwój absolutnej jasności takich eksplozji odbywa się według ustalonych praw, można wywnioskować jasność pozorną z ich odległości.

Dwa zespoły badawcze, Supernova Research Group z Lawrence Berkeley National Laboratory i High-Z Supernova Search Group na Harvard University, wykorzystują stosunkowo rzadką, ale bardzo jasną supernową typu Ia. Wstępne wyniki sugerują, że wszechświat rozszerzy się na zawsze. Najwyraźniej ekspansja nawet przyspiesza. Musi więc istnieć siła przeciwdziałająca grawitacji.

Grawitacja powinna prowadzić do zdrowego rozsądku, że wszechświat ostatecznie się kurczy. Kosmologowie uważają, że „stała kosmologiczna” wprowadzona przez Einsteina może być tą rozpadającą się siłą. Ta kosmologiczna stała zdominowałaby ekspansję Wszechświata, a zatem całą materię, w tym neutrina i wciąż tajemniczą ciemną materię. Wszechświat miałby tak zwaną „energię próżni” - materię, która nie promieniuje, nie jest rozkładana na pojedyncze cząstki i nie jest ciemną materią. Fizycy nie mają jeszcze dobrego wyjaśnienia dla źródła energii, która jest w stałej kosmologicznej. W tej chwili wygląda na to, że stała kosmologiczna zawierałaby dwa razy więcej energii niż cała materia kosmosu.

„Być może odkryto nowy element wszechświata”, pisze Burrows. „Jeśli dane wytrzymają, supernowe znacząco przyczynią się do odkrycia czegoś bardzo, bardzo podstawowego we wszechświecie”.

Ute Kehse

science.de

Zalecane Wybór Redakcji