DETONATION. A white dwarf in a binary system accumulates matter from its giant companion in this illustration. The dwarf accretes matter until its own carbon ignites. The result is a type Ia supernova explosion.
NASA/ESA/Justyn R. Maund
Just as people do, stars have a finite life. Born in dusty gas clouds of a galaxy’s spiral arms, stars fuse hydrogen into heavier elements during their energy-producing lifetimes.
For stars, mass translates into destiny. The smallest can glow like embers for trillions of years. A middleweight star like our Sun burns steadily for 10 billion years; eventually, it puffs off its outer layers as expanding gaseous shells known as a planetary nebula. The most massive stars — furiously hot, blue-white orbs — shine brightly for a few million years and end their lives in spectacular explosions.
Supernova explosions are rare, but incredible. In a mere second, a supernova unleashes as much energy as the sum of all other stars in the observable universe. For weeks, the shattered star may rival the light output of its entire host galaxy.
The brightest recent supernova occurred in 1987 in the Large Magellanic Cloud, a satellite galaxy of the Milky Way 168,000 light-years away. The explosion, known as Supernova 1987A, left behind a remnant that’s changing as astronomers watch. A shock wave traveling at 10 million mph (16 million km/h) is plowing into a ring of gas ejected before the star died. This heats knots of gas in the ring to more than 18 million degrees F (10 million degrees C) — so hot the knots emit X rays.
Stars fuse hydrogen and helium into heavier elements such as oxygen, carbon, and iron, but the remaining elements are forged in the heart of supernova explosions. The blasts cast these heavy elements into the universe, enriching the galaxy for the next stellar generation. Atoms in our bodies, including the iron in our blood and the calcium in our teeth, were scattered into space during the deaths of massive stars. As Carl Sagan was fond of saying, we are made of star stuff.
Supernovae are not created equal, however. In cataloging these beasts, astronomers have found significant spectral differences. The current classification scheme, devised in 1941 by American astronomer Rudolph Minkowski of California’s Mt. Wilson Observatory, focuses on hydrogen, which is easy to trace. A type I supernova is one that shows no broad absorption lines or emission lines corresponding to hydrogen. If the supernova shows hydrogen either in absorption or emission, astronomers class the exploding star as type II.
Type I supernovae are remarkably consistent; it’s easy to recognize them throughout the universe. Later, some peculiarities arose. Astronomers found some type I supernovae lacking silicon, and they occasionally found others that showed the presence of helium. Scientists dubbed these rare, strange creatures types Ib and Ic supernovae and reclassified all others as type Ia.
LIGHT SHOW. The blast wave from Supernova 1987A in the Large Magellanic Cloud produced a ring of bright X-ray-glowing spots, imaged in 2003. The fast-moving, ring-shaped shock wave slammed into a cloud of nearby gas at more than a million mph.
NASA/P. Challis, R. Kirshner, and B. Sugerman
By the 1990s, astronomers had amassed a wide enough set of observations to say with some confidence what kinds of stars are exploding.
Generally, a type Ia supernova is the result of a remnant white dwarf stealing material from a companion star. If the rate at which the stolen gas falls onto the dwarf is slow enough, the material accumulates on the dwarf’s surface rather than immediately fusing. The white dwarf slowly gains mass, and as it approaches a critical mass of around 1.4 times the mass of the Sun, it explodes with fury.For years, scientists believed all type Ia explosions were produced when a white dwarf collects gas from a larger companion. But around 2004, researchers found evidence that suggests type Ia may be the result of this method as well as another — when two white dwarfs collide in explosive fashion.
On the other hand, Supernova 1987A was a type II supernova. It began its life as a brightly glowing blue-white star more than eight times the mass of the Sun. As a star this size exhausts its hydrogen fuel, it fuses ever-heavier elements, ultimately leaving a dense iron core surrounded by shells of silicon, oxygen, carbon, and helium.
But iron fusion requires more energy than it produces, and this causes the star’s iron core to collapse. At densities exceeding that of an atomic nucleus, the inner core stiffens, rebounds, and expands outward against the still-collapsing star. This creates a violent shock wave that shatters the star, spewing gas light-years into space. However, the finer physical details still elude astronomers.
Without supernovae, the heaviest elements forged inside stars would never be scattered into space. Type Ia supernovae show such little variation in their energy outputs that they’ve become important tools for exploring the distant cosmos. Study of these explosions has revealed the universe’s expansion is accelerating, a finding that won the researchers who discovered it the 2011 Nobel Prize in Physics.
Cele mai masive stele – globuri alb-albastre furioase și fierbinți – strălucesc puternic timp de câteva milioane de ani și își încheie viața în explozii spectaculoase.
La fel cum precum oamenii și stelele au o viață finită. Născute în nori cu praf de gaz dintr-un braț spiral al unei galaxii, pe parcursul vieții lor stelele fuzionează hidrogenul în heliu și alte elemente mai grele, producând energie.
Pentru stele, dimensiunea le dictează destinul. Cele mai mici pot străluci ca jarul timp de miliarde de ani. O stea cu greutate mijlocie ca Soarele nostru arde constant de 10 miliarde de ani; în cele din urmă, își pierd straturile exterioare (învelișuri gazoase în expansiune) ce sunt cunoscute sub numele de nebuloase planetare. Cele mai masive stele – globuri alb-albastre furioase și fierbinți – strălucesc puternic timp de câteva milioane de ani și își încheie viața în explozii spectaculoase.
Exploziile Supernova sunt rare, dar incredibile. Într-o singură secundă, o supernovă eliberează la fel de multă energie ca suma tuturor celorlalte stele din universul observabil. Timp de săptămâni, steaua spulberată poate rivaliza cu strălucirea întregii sale galaxii gazdă.
Cea mai strălucitoare supernovă recentă a avut loc în 1987 în Marele nor a lui Magelan, o galaxie satelită a Căii Lactee aflată la 168.000 de ani lumină. Explozia, cunoscută sub numele de Supernova 1987A, a lăsat în urmă o rămășiță care se schimbă pe măsură ce astronomii o urmăresc. O undă de șoc care se deplasează cu 16 milioane km / h (10 milioane mile / h) arde într-un inel de gaz ejectat de stea înainte de a muri. Aceasta încălzește noduri de gaz în inel la mai mult de 18 milioane de grade F (10 milioane de grade C) – atât de fierbinți încât nodurile emit raze X.
Stelele fuzionează hidrogenul și heliul în elemente mai grele precum oxigenul, carbonul și fierul, dar elementele rămase sunt forjate în inima exploziilor de supernove. Exploziile aruncă aceste elemente grele în univers, îmbogățind galaxia pentru următoarea generație stelară. Atomii din corpul nostru, inclusiv fierul din sângele nostru și calciul din dinți, au fost împrăștiate în spațiu în timpul morții stelelor masive. Așa cum a spus Carl Sagan: suntem făcuți din material stelar.
Totuși, supernovele nu sunt toate la fel. În timpul studierii acestor bestii, astronomii au descoperit diferențe spectrale semnificative. Schema de clasificare actuală, concepută în 1941 de astronomul american Rudolph Minkowski de la California’s Mt. Wilson Observatory. Observatorul Wilson se concentrează pe hidrogen, care este ușor de urmărit. O supernova de tip I este cea care nu prezintă linii de absorbție largi sau linii de emisie corespunzătoare hidrogenului. Dacă supernova prezintă hidrogen fie în absorbție, fie în emisii, astronomii clasifică steaua în curs de explorare ca fiind tipul II.
Supernovele de tip I sunt remarcabil de consistente; este ușor să le recunoaștem în tot universul. Mai târziu, au apărut unele particularități. Astronomii au găsit niște supernove de tip I lipsite de siliciu și, ocazional, au găsit altele care arătau prezența heliului. Oamenii de știință au numit aceste creaturi rare, ciudate, tipul supernovele Ib și Ic și le-au reclasificat pe toate celelalte ca fiind tipul Ia.
Până în anii 90, astronomii adunaseră un set suficient de larg de observații pentru a spune cu o anumită încredere ce tipuri de stele explodează.
În general, o supernovă de tip Ia este ce a mai rămas dintr-o pitică albă care fura gaz de la o stea însoțitoare. Dacă rata la care gazul furat, absorbit pe pitică, este destul de lentă, materialul se acumulează pe suprafața piticei, mai degrabă decât a fuziona imediat. Pitica albă câștigă încet masă și, pe măsură ce se apropie de o masă critică de aproximativ 1,4 ori masa Soarelui, explodează cu furie.
Ani de zile, oamenii de știință au crezut că toate exploziile de tip Ia au fost produse atunci când un pitică albă colectează gaz de la un însoțitor mai mare. Dar în jurul anului 2004, cercetătorii au descoperit dovezi care sugerează că tipul Ia poate fi rezultatul acestei metode, dar și atunci când două pitice albe se ciocnesc în mod exploziv.
Pe de altă parte, Supernova 1987A a fost o supernova de tip II. Și-a început viața ca o stea strălucitoare albastru-alb de peste opt ori mai mare decât masa Soarelui. Pe măsură ce o stea de această dimensiune își epuizează combustibilul din hidrogen, fuzionează în elemente din ce în ce mai grele, obținându-se în final un miez dens de fier înconjurat de cochilii de siliciu, oxigen, carbon și heliu.
Dar fuziunea fierului necesită mai multă energie decât poate produce, iar acest lucru face ca nucleul de fier al stelei să colapseze. La o densitate care o depășește pe cea a unui nucleu atomic, miezul interior se rigidizează, se redresează și se extinde spre exterior împotriva stelei care se prăbușește în continuare. Acest lucru creează un val de șoc violent care spulberă steaua, aruncând gaz la ani-lumină în spațiu. Cu toate acestea, unele detalii ale acestui proces încă îi mai deranjează pe astronomi.
Fără supernove, elementele mai grele fabricate în stele nu ar fi niciodată împrăștiate în spațiu. Supernovele de tip Ia arată atât de puține variații ale producțiilor de energie, încât au devenit instrumente importante pentru explorarea cosmosului îndepărtat. Studiul acestor explozii a dezvăluit extinderea universului se accelerează, o constatare pentru care cercetătorii care au descoperit-o au câștigat premiul Nobel pentru fizică din 2011.
***
Mihail stories 