Wybuch supernowej to spektakularna kosmiczna katastrofa. Tak umierają masywne gwiazdy

W tym artykule:

1. Co to jest supernowa
2. Wybuch gwiazdy
3. Ile trwa śmierć gwiazdy
4. Białe karły mogą stać się supernowymi
5. Pozostałości po supernowej
6. Ciekawostki o supernowych

Niektóre gwiazdy zachowują się tak, jakby lepiej było się wypalić, niż powoli zniknąć. Kończą swoje życie w ogromnych wybuchach zwanych supernowymi.

Co to jest supernowa

Podczas wybuchu supernowej materia zostaje wyrzucona w przestrzeń z prędkością od około 15 do 40 tys. kilometrów na sekundę. Te eksplozje odpowiedzialne są za większość materii innej niż wodór i hel we Wszechświecie. W tym niektóre z pierwiastków, takie jak żelazo i wapń, z których składa się nasza planeta, a nawet my sami. Pierwiastki ciężkie powstają jedynie w supernowych, więc każdy z nas nosi w sobie resztki tych dalekich wybuchów.

Dzięki nim kosmiczne obłoki pyłu i gazu międzygwiezdnego są wzbogacane o dodatkowe pierwiastki i następuje dalsze zróżnicowanie w przestrzeni międzygwiezdnej. Pojawia się też fala uderzeniowa, która ściska chmury gazu, ułatwiając powstawanie nowych gwiazd.

To największa kosmiczna eksplozja, jaką widzieliśmy. Kula ognia sto razy większa od Układu Słonecznego

Astronomowie zaobserwowali największą kosmiczną eksplozję, jaką kiedykolwiek zarejestrowano. Co ją wywołało? To nie supernowa, ale są pewne teorie.

Jednak tylko wybrane gwiazdy staną się supernowymi. Wiele ostygnie w późniejszym stadium życia, przekształcając się w białe, a później czarne karły.

Wybuch gwiazdy

Masywne gwiazdy, wiele razy większe od naszego Słońca, mogą zakończyć życie jako supernowe. Dzieje się tak, gdy zabraknie paliwa do prowadzenia syntezy jądrowej. Proces ten w gwiazdach zapewnia stałe ciśnienie do zewnątrz, które równoważy przyciąganie grawitacyjne gwiazdy spowodowane jej masą.

Gdy proces fuzji spowalnia, ciśnienie skierowane do zewnątrz spada, a jądro gwiazdy pod wpływem grawitacji zaczyna się stawać coraz gęstsze i gorętsze. Z zewnątrz gwiazda zdaje się rosnąć i puchnąć, stając się czerwonym nadolbrzymem. Dalsze kurczenie się jądra oznacza, że supernowa jest nieuchronna.

Ile trwa śmierć gwiazdy

Kiedy jądro osiągnie punkt krytyczny, zachodzi seria reakcji jądrowych. Synteza zatrzymuje zapadnięcie się jądra, ale tylko do momentu, gdy nie zacznie ono składać się głównie z żelaza. W tym to momencie fuzja nie może zostać dłużej podtrzymana.

W przeciągu mikrosekundy rdzeń potrafi osiągnąć temperaturę miliardów stopni Celsjusza. Atomy żelaza zostają tak mocno ściśnięte, że siła odpychania ich jąder powoduje rozbicie jądra gwiazdy. Powoduje to wybuch gwiazdy jako supernowej i tworzy ogromną, rozgrzaną do granic możliwości falę uderzeniową.

Białe karły mogą stać się supernowymi

Supernowe występują również w podwójnych układach gwiazd. Mniejsze gwiazdy, maksymalnie do ośmiu razy cięższe od naszego Słońca, zazwyczaj przemieniają się w białe karły. Gwiazda skondensowana do wielkości mniej więcej Ziemi ma bardzo dużą gęstość. A co za tym idzie – wystarczająco silną grawitację, aby wyciągać materię od drugiej gwiazdy z układu, jeśli ta jest wystarczająco blisko.

Jeśli biały karzeł stanie się wystarczająco masywny, osiągnie poziom tzw. granicy Chandrasekhara. W tym momencie ciśnienie w jego środku osiąga tak wielką wartość, że następuje gwałtowna synteza termojądrowa i wybuch supernowej.

Supernowa może rozpalić niebo przez tygodnie, a zmasowany transfer materii i energii pozostawia na koniec zupełnie inną gwiazdę.

Pozostałości po supernowej

Po supernowej pozostaje zazwyczaj tylko niewielkie jądro zbudowane z samych neutronów. Czyli wirująca gwiazda neutronowa. Gwiazdy neutronowe emitują ciągły strumień fal radiowych lub, jak pulsary, przerywane serie.

Jeśli gwiazda była tak ogromna (co najmniej dziesięć razy większa od Słońca), że pozostawiła po sobie duże jądro, zajdzie inne zjawisko. Takie wypalone jądro nie ma energii niezbędnej do przeprowadzania fuzji. Dlatego nie wytwarza skierowanej do zewnątrz siły i może zapaść się pod wpływem własnej grawitacji. Zmienia się wówczas w kosmiczną dziurę pochłaniającą energię i materię – czarną dziurę.

Ciekawostki o supernowych

Powyżej przedstawiliśmy podstawowe informacje o zjawisku, jakim jest wybuch supernowej. Oto garść ciekawostek na ten temat:

• Z supernową najprawdopodobniej wiąże się jedno z najbardziej gwałtownych zjawisk we Wszechświecie, czyli rozbłysk gamma. W 1998 r. zarejestrowano półminutowy rozbłysk po wybuchu supernowej SN 1998bw. Był to pierwszy dowód wskazujący na to, że rozbłysk powiązany jest z supernową.
• Nieco ponad 650 lat świetlnych od Ziemi umiera masywna gwiazda Betelgeza. Najświeższe prognozy dają słynnemu nadolbrzymowi zaledwie kilka dekad, zanim stanie się potężną supernową.
• Prawie 1000 lat temu chińscy oraz arabscy astronomowie zaobserwowali wybuch supernowej. To jedna z niewielu supernowych, które eksplodowały w Drodze Mlecznej. Jej jasność miała być czterokrotnie większa niż Wenus. Gwiazda była doskonale widoczna przez całą dobę przez 23 dni. Jednak w Europie to wydarzenie skrzętnie ukrywał Kościół.
• Uczeni odkryli, że pewien biały karzeł pędzi przez galaktykę Drogi Mlecznej z prędkością 900 tys. km/godz. Prawdopodobnie jest to efekt przejścia wcześniej istniejącej gwiazdy w supernową. Wybuch nie zniszczył całkowicie gwiazdy, a jej fragment odrzucił z wielką mocą.
• W 2023 r. astronomom udało się uchwycić wyjątkową supernową typu Ia. Jej obraz pojawia się na niebie aż cztery razy i układa się w kształt krzyża. To tzw. krzyż Einsteina.
• Podwójny układ gwiazd neutronowych może stać się kilonową. Czyli ultrapotężną, wytwarzającą złoto kosmiczną eksplozją.
• Dzięki zdjęciu zrobionemu przez Kosmiczny Teleskop Webba udało się zobaczyć, jak wygląda gwiazda tuż przed wybuchem jako supernowa.
• Dzięki tzw. „powracającej supernowej” badaczom udało się dokładnie oszacować tempo rozszerzania się Wszechświata. Ten kosmiczny wybuch naukowcy obserwowali aż pięć razy.

Źródło: archiwum NG.