Остаток сверхновой - Supernova remnant

Остаток SN 1054 ( Крабовидная туманность ).

Остаток сверхновой ( SNR ) является структурой , в результате взрыва звезды в сверхновую . Остаток сверхновой ограничен расширяющейся ударной волной и состоит из выброшенного материала, расширяющегося в результате взрыва, и межзвездного материала, который он уносит вверх и сотрясает на своем пути.

Есть два общих пути к сверхновой : либо у массивной звезды может закончиться топливо, она перестает генерировать термоядерную энергию в своем ядре и коллапсирует внутрь под действием собственной гравитации, образуя нейтронную звезду или черную дыру ; или белый карлик может срастаться с материалом звезды-компаньона до тех пор, пока не достигнет критической массы и не подвергнется термоядерному взрыву.

В любом случае возникающий в результате взрыв сверхновой выталкивает большую часть или весь звездный материал со скоростью, равной 10% скорости света (или примерно 30 000 км / с). Эти скорости очень сверхзвуковые , поэтому перед выбросом формируется сильная ударная волна . Это нагревает плазму выше по потоку до температур, значительно превышающих миллионы К. Ударная волна непрерывно замедляется с течением времени по мере того, как она охватывает окружающую среду, но она может расширяться за сотни или тысячи лет и на десятки парсеков, прежде чем ее скорость упадет ниже допустимой. местная скорость звука.

Один из наиболее хорошо наблюдаемых молодых остатков сверхновой был сформирован SN 1987A , сверхновой в Большом Магеллановом Облаке, которая наблюдалась в феврале 1987 года. Другие хорошо известные остатки сверхновой включают Крабовидную туманность ; Тихо, остаток SN 1572 , названный в честь Тихо Браге, который зафиксировал яркость его первоначального взрыва; и Кеплер, остаток SN 1604 , названный в честь Иоганна Кеплера . Самый молодой известный остаток в нашей галактике - G1.9 + 0.3 , обнаруженный в центре галактики.

Этапы

По мере расширения SNR проходит следующие стадии:

  1. Свободное расширение выбросов до тех пор, пока они не поднимутся под собственным весом в околозвездной или межзвездной среде . Это может длиться от десятков до нескольких сотен лет в зависимости от плотности окружающего газа.
  2. Сметание оболочки потрясенного околозвездного и межзвездного газа. Это начинает фазу Седова-Тейлора, которую можно хорошо смоделировать с помощью автомодельного аналитического решения (см. Взрывную волну ). Сильное рентгеновское излучение отслеживает сильные ударные волны и горячий ударный газ.
  3. Охлаждение оболочки с образованием тонкой (<1  пк ), плотной (от 1 до 100 миллионов атомов на кубический метр) оболочки, окружающей горячую (несколько миллионов кельвинов) внутреннюю часть. Это фаза снегоуборочного снегоочистителя. Оболочка хорошо видна в оптическом излучении от рекомбинации ионизированных атомов водорода и ионизированного кислорода .
  4. Охлаждение салона. Плотная оболочка продолжает расширяться за счет собственного импульса. Эта стадия лучше всего видна в радиоизлучении нейтральных атомов водорода.
  5. Слияние с окружающей межзвездной средой. Когда остаток сверхновой замедляется до скорости случайной скорости в окружающей среде примерно через 30 000 лет, он сольется в общий турбулентный поток, внося свою оставшуюся кинетическую энергию в турбулентность.
Выброс остатка сверхновой приводит к образованию планетообразующего материала

Типы остатка сверхновой

Остатки сверхновой бывают трех типов:

  • Ракушечный, такой как Кассиопея А
  • Композитный, в котором оболочка содержит центральную туманность ветра пульсара , такую ​​как G11.2-0.3 или G21.5-0.9.
  • Остатки смешанной морфологии (также называемые «термокомпозитом»), в которых наблюдается центральное тепловое рентгеновское излучение, заключенные в радиоболочку. Тепловое рентгеновское излучение в основном исходит от захваченного межзвездного материала, а не от выброса сверхновой. Примеры этого класса включают отношения сигнал / шум W28 и W44. (Забавно, что W44 дополнительно содержит пульсарную и пульсарную ветровые туманности; так что это одновременно и "классический" композит, и термокомпозит.)
Остатки сверхновой
HBH 3 ​​( космический телескоп Spitzer ; 2 августа 2018 г.)
G54.1 + 0.3 (16 ноября 2018 г.)

Остатки , которые могут быть созданы только при значительно более высокими энергиями эжекции , чем стандартные сверхновый называются Hypernova остатков , после того , как с высокой энергией Hypernova взрыв , который , как предполагается, создал их.

Происхождение космических лучей

Остатки сверхновых считаются основным источником галактических космических лучей . Связь между космическими лучами и сверхновыми была впервые предложена Вальтером Бааде и Фрицем Цвикки в 1934 году. Виталий Гинзбург и Сергей Сыроватский в 1964 году отметили, что если эффективность ускорения космических лучей в остатках сверхновых составляет около 10 процентов, то потери космических лучей в Млечном пространстве Путь компенсируются. Эта гипотеза поддерживается особым механизмом, называемым «ускорение ударной волной», основанным на идеях Энрико Ферми , который все еще находится в стадии разработки.

В 1949 году Ферми предложил модель ускорения космических лучей за счет столкновений частиц с магнитными облаками в межзвездной среде . Этот процесс, известный как « механизм Ферми второго порядка », увеличивает энергию частиц во время лобовых столкновений, что приводит к постоянному увеличению энергии. Более поздняя модель для создания ускорения Ферми была создана мощным ударным фронтом, движущимся в пространстве. Частицы, которые многократно пересекают фронт ударной волны, могут получить значительное увеличение энергии. Это стало известно как «механизм Ферми первого порядка».

Остатки сверхновых могут создавать энергетические ударные фронты, необходимые для генерации космических лучей сверхвысокой энергии. Наблюдение остатка SN 1006 в рентгеновских лучах показало, что синхротронное излучение согласуется с тем, что он является источником космических лучей. Однако для энергий выше примерно 10 18 эВ требуется другой механизм, поскольку остатки сверхновой не могут обеспечить достаточную энергию.

До сих пор неясно, ускоряют ли остатки сверхновой космические лучи до энергий ПэВ. Ответить на этот вопрос поможет будущий телескоп CTA .

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки