Гипернова
Гиперновая , которая, как полагают , — это очень энергичная сверхновая возникла в результате сценария экстремального коллапса ядра. В этом случае массивная звезда (>30 масс Солнца ) коллапсирует, образуя вращающуюся черную дыру, испускающую двойные астрофизические струи и окруженную аккреционным диском . Это тип звездного взрыва , который выбрасывает вещество с необычно высокой кинетической энергией , на порядок превышающей энергию большинства сверхновых, и светимостью как минимум в 10 раз большей. Гиперновые испускают настолько интенсивные гамма-лучи , что часто кажутся похожими на сверхновые типа Ic , но с необычно широкими спектральными линиями, указывающими на чрезвычайно высокую скорость расширения. Гиперновые являются одним из механизмов образования длинных гамма-всплесков (GRB) , длительность которых варьируется от 2 секунд до более минуты. Их также называют сверхяркими сверхновыми , хотя в эту классификацию входят и другие типы чрезвычайно ярких звездных взрывов, имеющих различное происхождение.
История [ править ]
В 1980-х годах термин «гиперновая» использовался для описания теоретического типа сверхновой, ныне известной как сверхновая с парной нестабильностью . Это относилось к чрезвычайно высокой энергии взрыва по сравнению с типичным коллапсом ядра сверхновой . [1] [2] [3] Этот термин ранее использовался для описания гипотетических взрывов в результате различных событий, таких как гиперзвезды , чрезвычайно массивные звезды III группы населения в ранней Вселенной. [4] или от таких событий, как слияние черных дыр . [5]
В феврале 1997 года голландско-итальянский спутник BeppoSAX смог проследить GRB 970508 до слабой галактики, находящейся на расстоянии примерно 6 миллиардов световых лет. [6] Анализируя спектроскопические данные как для GRB 970508, так и для родительской галактики, Bloom et al. в 1998 году пришли к выводу, что вероятной причиной была гиперновая. [6] более подробно выдвинул гипотезу о гиперновых В том же году польский астроном Богдан Пачинский как о сверхновых, возникающих из быстро вращающихся звезд. [7]
С тех пор использование термина «гиперновая» в конце 20-го века было уточнено для обозначения сверхновых с необычно большой кинетической энергией. [8] Первой наблюдаемой гиперновой была SN 1998bw , ее светимость в 100 раз превышала стандартную звезду типа Ib. [9] Эта сверхновая была первой, связанной с гамма-всплеском (GRB), и она произвела ударную волну, содержащую на порядок больше энергии, чем обычная сверхновая. Другие учёные предпочитают называть эти объекты просто сверхновыми типа Ic с широкими линиями . [10] С тех пор этот термин применялся к множеству объектов, не все из которых соответствуют стандартному определению; например АСАССН-15лх . [11]
В 2023 году было опубликовано наблюдение высокоэнергетического, неквазарного переходного события AT2021lwx с чрезвычайно сильным излучением от среднего инфракрасного до рентгеновского диапазона длин волн и общей энергией 1,5 · 10 46 Джоуль . [12] Этот объект не считается гиперновой; вместо этого это, вероятно, будет огромное газовое облако, поглощаемое массивной черной дырой. Событию также было присвоено случайное название «ZTF20abrbeie» от Zwicky Transient Facility . Это имя и кажущаяся жестокость события привели к появлению прозвища «Страшная Барби», привлекшего внимание основной прессы. [1]
Свойства [ править ]
Гиперновые считаются сверхновыми, выбросы которых имеют кинетическую энергию более 10 45 джоуль , что на порядок выше, чем при типичном коллапсе ядра сверхновой. Выбрасываемые массы никеля велики, а скорость выброса достигает 99% скорости света . Обычно они относятся к типу Ic, а некоторые связаны с длительными гамма-всплесками . Электромагнитная энергия , выделяемая этими событиями, варьируется от сравнимой с другими сверхновыми типа Ic до некоторых из самых ярких известных сверхновых, таких как SN 1999as . [13] [14]
Архетипическая гиперновая SN 1998bw была связана с GRB 980425 . В ее спектре не было ни водорода, ни явных признаков гелия , но сильные линии кремния идентифицировали ее как сверхновую типа Ic. Основные линии поглощения были чрезвычайно расширены, а кривая блеска демонстрировала очень быструю фазу поярчания, достигнув яркости сверхновой типа Ia на 16-й день. Общая выброшенная масса составила около 10 M ☉ , а масса выброшенного никеля около 0,4 M ☉ . [13] Все сверхновые, связанные с гамма-всплесками, продемонстрировали выбросы высокой энергии, которые характеризуют их как гиперновые. [15]
Необычно яркие радиосверхновые наблюдались как аналоги гиперновых и были названы «радиогиперновыми». [16]
Астрофизические модели [ править ]
Модели гиперновых фокусируются на эффективной передаче энергии в выбросы. В обычных сверхновых с коллапсом ядра 99% нейтрино, генерируемых при коллапсе ядра, ускользают, не вызывая выброса материала. Считается, что вращение прародителя сверхновой приводит к появлению струи, которая ускоряет вещество от взрыва со скоростью, близкой к скорости света. Двойные системы все чаще изучаются как лучший метод как для удаления звездных оболочек, чтобы оставить голое углеродно-кислородное ядро, так и для создания необходимых условий вращения для запуска гиперновой.
Модель Коллапсара [ править ]
Модель коллапсара описывает тип сверхновой, которая порождает гравитационно-коллапсированный объект или черную дыру . Слово «коллапсар», сокращение от «коллапсировавшая звезда », ранее использовалось для обозначения конечного продукта звездного гравитационного коллапса — черной дыры звездной массы . Сейчас это слово иногда используется для обозначения конкретной модели коллапса быстро вращающейся звезды. Когда коллапс ядра происходит в звезде, ядро которой примерно в пятнадцать раз превышает массу Солнца ( M ☉ ) — хотя химический состав и скорость вращения также имеют значение — энергии взрыва недостаточно, чтобы выбросить внешние слои звезды, и это произойдет. коллапс в черную дыру без видимой вспышки сверхновой.
Звезда с массой ядра немного ниже этого уровня — в диапазоне 5–15 M ☉ — подвергнется взрыву сверхновой, но такая большая часть выброшенной массы упадет обратно на остаток ядра, что оно все равно коллапсирует в черную дыру. Если такая звезда вращается медленно, то она произведет слабую сверхновую, но если звезда вращается достаточно быстро, то возврат к черной дыре приведет к образованию релятивистских джетов . Энергия, которую эти струи передают выброшенной оболочке, делает видимую вспышку значительно более яркой, чем стандартная сверхновая. Струи также излучают частицы высокой энергии и гамма-лучи непосредственно наружу и тем самым производят рентгеновские или гамма- всплески; струи могут длиться несколько секунд или дольше и соответствуют длительным гамма-всплескам, но они, по-видимому, не объясняют кратковременные гамма-всплески. [17] [18]
Бинарные модели [ править ]
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 Вольфа-Райе , плотный звездный ветер которой вытеснил все его внешние слои. Наблюдения не смогли обнаружить таких прародителей. До сих пор окончательно не доказано, что прародители на самом деле представляют собой объекты другого типа, но несколько случаев позволяют предположить, что прародителями являются «гелиевые гиганты» с меньшей массой. Эти звезды недостаточно массивны, чтобы просто выбросить свои оболочки звездным ветром, и они будут лишены массы в результате переноса массы в двойную систему-компаньон. Гелиевые гиганты все чаще считаются прародителями сверхновых типа Ib, но прародители сверхновых типа Ic до сих пор неясны. [19]
Одним из предложенных механизмов образования гамма-всплесков является индуцированный гравитационный коллапс , при котором нейтронная звезда схлопывается в черную дыру в результате коллапса ядра ее близкого компаньона, состоящего из лишенного углеродно-кислородного ядра. Вызванный коллапс нейтронной звезды приводит к образованию джетов и высокоэнергетических выбросов , которые трудно смоделировать из одиночной звезды. [20]
См. также [ править ]
- Прародители гамма-всплесков - типы небесных объектов, которые могут излучать гамма-всплески.
- Кварковая звезда - компактная экзотическая звезда, образующая материю, состоящую в основном из кварков.
- Кварк-новая - Гипотетический сильный взрыв, возникший в результате превращения нейтронной звезды в кварковую звезду.
Ссылки [ править ]
- ^ Вусли, ЮВ; Уивер, Т. А. (1981). «Теоретические модели сверхновых». Технический отчет NASA Sti/Recon N. 83 : 16268. Бибкод : 1981STIN...8316268W .
- ^ Янка, Ханс-Томас (2012). «Механизмы взрыва сверхновых с коллапсом ядра» . Ежегодный обзор ядерной науки и науки о элементарных частицах . 62 (1): 407–451. arXiv : 1206.2503 . Бибкод : 2012ARNPS..62..407J . doi : 10.1146/annurev-nucl-102711-094901 . S2CID 118417333 .
- ^ Гасс, Х.; Либерт, Джеймс; Верзе, Р. (1988). «Спектральный анализ чрезвычайно бедной металлами углеродной карликовой звезды G 77-61». Астрономия и астрофизика . 189 : 194. Бибкод : 1988A&A...189..194G .
- ^ Баррингтон, Род-Айленд; Белроуз, Дж. С. (1963). «Предварительные результаты работы очень низкочастотного приемника на борту канадского спутника Алуэтт». Природа . 198 (4881): 651–656. Бибкод : 1963Natur.198..651B . дои : 10.1038/198651a0 . S2CID 41012117 .
- ^ Пак, Сок Дж.; Вишняк, Итан Т. (1991). «Обнаруживаются ли гиперновые?». Астрофизический журнал . 375 : 565. Бибкод : 1991ApJ...375..565P . дои : 10.1086/170217 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Блум (1998). «Главная галактика GRB 970508». Астрофизический журнал . 507 (507): Л25–28. arXiv : astro-ph/9807315 . Бибкод : 1998ApJ...507L..25B . дои : 10.1086/311682 . S2CID 18107687 .
- ^ Пачинский (1997). GRB как гиперновые . Симпозиум по гамма-всплескам в Хантсвилле. arXiv : astro-ph/9712123 . Бибкод : 1997astro.ph.12123P .
- ^ Дэвид С. Стивенсон (5 сентября 2013 г.). Экстремальные взрывы: сверхновые, гиперновые, магнетары и другие необычные космические взрывы . Springer Science & Business Media. ISBN 978-1-4614-8136-2 . Архивировано из оригинала 25 января 2022 года . Проверено 18 августа 2019 г.
- ^ Вусли (1999). «Гамма-всплески и сверхновые типа Ic: SN 1998bw». Астрофизический журнал . 516 (2): 788–796. arXiv : astro-ph/9806299 . Бибкод : 1999ApJ...516..788W . дои : 10.1086/307131 . S2CID 17690696 .
- ^ Мория, Такаши Дж.; Сорокина Елена Ивановна; Шевалье, Роджер А. (2018). «Сверхяркие сверхновые». Обзоры космической науки . 214 (2): 59. arXiv : 1803.01875 . Бибкод : 2018ССРв..214...59М . дои : 10.1007/s11214-018-0493-6 . S2CID 119199790 .
- ^ Джессика Орвиг (14 января 2016 г.). «Астрономы сбиты с толку недавно обнаруженным космическим взрывом, который сияет в 570 миллиардов раз ярче Солнца» . Бизнес-инсайдер . Архивировано из оригинала 2 апреля 2016 года . Проверено 22 марта 2016 г.
- ^ Уайзман, П.; и др. (2023). " "Многоволновые наблюдения необычного аккреционного события AT2021lwx" " . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 522 (3): 3992–4002. arXiv : 2303.04412 . дои : 10.1093/mnras/stad1000 . Проверено 12 мая 2023 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Номото, Кен'Ичи; Маэда, Кейичи; Маццали, Паоло А.; Умеда, Хидеюки; Дэн, Цзиньсун; Ивамото, Коичи (2004). «Гиперновые и другие сверхновые, образующие черные дыры». Звездный коллапс . Библиотека астрофизики и космических наук. Том. 302. С. 277–325. arXiv : astro-ph/0308136 . Бибкод : 2004ASSL..302..277N . дои : 10.1007/978-0-306-48599-2_10 . ISBN 978-90-481-6567-4 . S2CID 119421669 .
- ^ Маццали, Пенсильвания; Номото, К.; Дэн, Дж.; Маэда, К.; Томинага, Н. (2005). «Свойства гиперновых в гамма-всплесках». 1604–2004: Сверхновые как космологические маяки . 342 : 366. Бибкод : 2005ASPC..342..366M .
- ^ Горчица, Филипп; Ричерс, Шервуд; Отт, Кристиан Д.; Хаас, Роланд; Пиро, Энтони Л.; Бойдстан, Кристен; Абдикамалов, Эрназар; Райссвиг, Кристиан; Шнеттер, Эрик (2014). «Магниторотационные сверхновые с коллапсом ядра в трех измерениях». Астрофизический журнал . 785 (2): Л29. arXiv : 1403.1230 . Бибкод : 2014ApJ...785L..29M . дои : 10.1088/2041-8205/785/2/L29 . S2CID 17989552 .
- ^ Накаучи, Дайсуке; Касияма, Кадзуми; Нагакура, Хироки; Сува, Юдай; Накамура, Такаши (2015). «Оптические синхротронные предшественники радиогиперновых». Астрофизический журнал . 805 (2): 164. arXiv : 1411.1603 . Бибкод : 2015ApJ...805..164N . дои : 10.1088/0004-637X/805/2/164 . S2CID 118228337 .
- ^ Номото, Кен'Ичи; Мория, Такаши; Томинага, Нозому (2009). «Нуклеосинтез элементов в слабых сверхновых и гиперновых» . Труды Международного астрономического союза . 5 : 34–41. дои : 10.1017/S1743921310000128 .
- ^ Фудзимото, СИ; Нисимура, Н.; Хасимото, Массачусетс (2008). «Нуклеосинтез в магнитно-управляемых струях из коллапсаров». Астрофизический журнал . 680 (2): 1350–1358. arXiv : 0804.0969 . Бибкод : 2008ApJ...680.1350F . дои : 10.1086/529416 . S2CID 118559576 .
- ^ Таурис, ТМ; Лангер, Н.; Мория, Ти Джей; Подсядловский, доктор философии; Юн, Южная Каролина; Блинников, С.И. (2013). «УЛЬТРАПОЛОСНЫЕ СВЕРХНОВЫЕ ТИПА Ic ИЗ ТЕСНОЙ ДВОЙНОЙ ЭВОЛЮЦИИ». Астрофизический журнал . 778 (2): Л23. arXiv : 1310.6356 . Бибкод : 2013ApJ...778L..23T . дои : 10.1088/2041-8205/778/2/L23 . S2CID 50835291 .
- ^ Руффини, Р.; Карлика, М.; Саакян Н.; Руэда, JA; Ван, Ю.; Мэтьюз, Дж.Дж.; Бьянко, CL; Муччино, М. (2018). «Модель послесвечения GRB, согласующаяся с наблюдениями гиперновых» . Астрофизический журнал . 869 (2): 101. arXiv : 1712.05000 . Бибкод : 2018ApJ...869..101R . дои : 10.3847/1538-4357/aaeac8 . S2CID 119449351 .
Дальнейшее чтение [ править ]
- Макфадьен, AI; Вусли, SE (1999). «Коллапсары: гамма-всплески и взрывы в« неудавшихся сверхновых » ». Астрофизический журнал . 524 (1): 262–289. arXiv : astro-ph/9810274 . Бибкод : 1999ApJ...524..262M . дои : 10.1086/307790 . S2CID 15534333 .
- Вусли, SE (1993). «Гамма-всплески из дисков аккреции звездной массы вокруг черных дыр». Астрофизический журнал . 405 (1): 273–277. Бибкод : 1993ApJ...405..273W . дои : 10.1086/172359 .
- Пиран, Т. (2004). «Физика гамма-всплесков». Обзоры современной физики . 76 (4): 1143–1210. arXiv : astro-ph/0405503v1 . Бибкод : 2004РвМП...76.1143П . дои : 10.1103/RevModPhys.76.1143 . S2CID 118941182 .
- Хьёрт, Йенс; Соллерман, Йеспер; Мёллер, Палле; Финбо, Йохан П.У.; Вусли, Стэн Э.; Кувелиоту, Крисса; Танвир, Ниал Р.; Грейнер, Йохен; Андерсен, Майкл И.; и др. (2003). «Очень энергичная сверхновая, связанная со вспышкой гамма-излучения 29 марта 2003 г.». Природа . 423 (6942): 847–50. arXiv : astro-ph/0306347 . Бибкод : 2003Natur.423..847H . дои : 10.1038/nature01750 . ПМИД 12815425 . S2CID 4405772 .
