A cada 50 anos ou assim, uma estrela maciça em nossa galáxia sopra-se para além de uma explosão de supernova. Supernovas são um dos eventos mais violentos do universo, e a força da explosão gera um clarão de radiação, bem como ondas de choque análogo aos choques sônicos.As supernovas foram originalmente classificadas com base nas suas propriedades ópticas. Tipo supernovas II mostram evidência visível para o hidrogênio nos escombros em expansão ejetado na explosão; Tipo Ia explosões não. A pesquisa recente conduziu a um refinamento destes tipos, ea uma classificação nos termos dos tipos de estrelas que dão origem às supernovas. Uma explosão de Tipo II, bem como Tipo Ib e Tipo Ic, é produzida pelo colapso catastrófico do núcleo de uma estrela maciça. A supernova Tipo Ia é produzido por uma explosão termonuclear repentina que desintegra uma anã branca da estrela.
SN 1006 Imagem Chandra da SN 1006As supernovas tipo II ocorrem em regiões com muitas estrelas brilhantes e jovens, como os braços espirais das galáxias. Eles aparentemente não ocorrem em galáxias elípticas, que são dominadas por antigas estrelas de baixa massa. Como as estrelas jovens brilhantes são tipicamente estrelas com massas maiores do que cerca de 10 vezes a massa do sol, esta e outras evidências levaram à conclusão de que as supernovas de Tipo II são produzidas por estrelas maciças.
Algumas supernovas tipo I mostram muitas das características das supernovas tipo II. Estas supernovas, chamadas Tipo Ib e Tipo Ic, aparentemente diferem do Tipo II porque perderam seu envelope externo de hidrogênio antes da explosão. O envelope de hidrogênio poderia ter sido perdido por um fluxo vigoroso de matéria antes da explosão, ou porque foi arrancado por uma estrela companheira.
Supernovas testemunhando o colapso em buracos negros
A imagem geral para as supernovas de Tipo II, Tipo Ib e Tipo Ic - também chamadas supernovas de colapso do núcleo - é algo como isto. Quando a fonte de energia nuclear no centro ou núcleo de uma estrela é esgotada, o núcleo colapsa. Em menos de um segundo, um estrela de nêutrons (ou um buraco negro , se a estrela é extremamente maciça) é formado. A formação de uma estrela de nêutrons libera uma enorme quantidade de energia na forma de neutrinos e calor, o que reverte a implosão. Todos, exceto a estrela de nêutron central, são levados a velocidades superiores a 50 milhões de quilômetros por hora, enquanto uma onda de choque termonuclear corre através dos detritos estelares agora em expansão, fundindo elementos mais leves em outros mais pesados e produzindo uma brilhante explosão visual que pode ser tão intensa quanto A luz de vários bilhões de sóis.
Nascimento de uma Estrela de Nêutrons e Restante de Supernova
Supernovas termonuclearesAs supernovas de tipo Ia, em contraste, são observadas em todos os tipos de galáxias, e são produzidas por estrelas anãs brancas, o remanescente condensado do que costumava ser estrelas parecidas com o sol. Uma estrela anã branca, uma bola densa composta principalmente de átomos de carbono e oxigênio, é intrinsecamente a mais estável de estrelas, enquanto sua massa permanece abaixo do chamado limite de Chandrasekhar de 1,4 massas solares.
Tipo 1aIlustração: NASA / CXC / .Weiss]Restante da Supernova de Kepler Imagem Chandra de Kepler Supernova
SN 1006 Imagem Chandra da SN 1006As supernovas tipo II ocorrem em regiões com muitas estrelas brilhantes e jovens, como os braços espirais das galáxias. Eles aparentemente não ocorrem em galáxias elípticas, que são dominadas por antigas estrelas de baixa massa. Como as estrelas jovens brilhantes são tipicamente estrelas com massas maiores do que cerca de 10 vezes a massa do sol, esta e outras evidências levaram à conclusão de que as supernovas de Tipo II são produzidas por estrelas maciças.
Algumas supernovas tipo I mostram muitas das características das supernovas tipo II. Estas supernovas, chamadas Tipo Ib e Tipo Ic, aparentemente diferem do Tipo II porque perderam seu envelope externo de hidrogênio antes da explosão. O envelope de hidrogênio poderia ter sido perdido por um fluxo vigoroso de matéria antes da explosão, ou porque foi arrancado por uma estrela companheira.
Supernovas testemunhando o colapso em buracos negros
A imagem geral para as supernovas de Tipo II, Tipo Ib e Tipo Ic - também chamadas supernovas de colapso do núcleo - é algo como isto. Quando a fonte de energia nuclear no centro ou núcleo de uma estrela é esgotada, o núcleo colapsa. Em menos de um segundo, um estrela de nêutrons (ou um buraco negro , se a estrela é extremamente maciça) é formado. A formação de uma estrela de nêutrons libera uma enorme quantidade de energia na forma de neutrinos e calor, o que reverte a implosão. Todos, exceto a estrela de nêutron central, são levados a velocidades superiores a 50 milhões de quilômetros por hora, enquanto uma onda de choque termonuclear corre através dos detritos estelares agora em expansão, fundindo elementos mais leves em outros mais pesados e produzindo uma brilhante explosão visual que pode ser tão intensa quanto A luz de vários bilhões de sóis.
Nascimento de uma Estrela de Nêutrons e Restante de Supernova
Supernovas termonuclearesAs supernovas de tipo Ia, em contraste, são observadas em todos os tipos de galáxias, e são produzidas por estrelas anãs brancas, o remanescente condensado do que costumava ser estrelas parecidas com o sol. Uma estrela anã branca, uma bola densa composta principalmente de átomos de carbono e oxigênio, é intrinsecamente a mais estável de estrelas, enquanto sua massa permanece abaixo do chamado limite de Chandrasekhar de 1,4 massas solares.
Tipo 1aIlustração: NASA / CXC / .Weiss]Restante da Supernova de Kepler Imagem Chandra de Kepler Supernova
Se, no entanto, a acumulação de matéria de uma estrela companheira ou a fusão com outra anã branca, empurrar uma estrela anã branca sobre o limite Chandrasekhar de 1,4 massas solares, a temperatura no núcleo da anã branca aumentará, desencadeando explosivas reações de fusão nuclear Que liberam uma enorme quantidade de energia.
A estrela explode em cerca de dez segundos, sem deixar vestígios. A nuvem em expansão de dejetos brilha intensamente por muitas semanas como o níquel radioativo produzido na explosão que decaia em cobalto e depois em ferro.
Supernova 2001el (laboratório nacional de Lawrence Berkeley)Como as supernovas de Tipo Ia ocorrem em uma estrela que tem uma massa de cerca de 1,4 massas solares, elas produzem a mesma quantidade de luz. Esta propriedade torna extremamente útil como um indicador de distância - se uma supernova Tipo Ia é mais fraca do que outra, ela deve estar mais distante por uma quantidade que pode ser calculada. Nos últimos anos, a supernova tipo Ia tem sido utilizada desta forma para determinar a taxa de expansão do universo. Esta pesquisa levou à surpreendente descoberta de que a expansão do universo está se acelerando, possivelmente porque o universo está cheio de uma misteriosa substância chamada energia escura.
Supernovas de instabilidade de pares Artista Conceito: Um close-up de SN 2006gy
Artista Conceito: Um close-up de SN 2006gy
Para estrelas extremamente maciças, outro tipo de supernova ainda mais violento é possível. De acordo com a teoria da evolução estelar, as temperaturas aumentam para vários bilhões de graus nas regiões centrais de estrelas com massas entre 140 e 260 sóis. A estas temperaturas, o processo habitual de conversão de massa em energia (E = mc 2 ) por meio de reacções nucleares é invertida, e a energia é convertida em massa sob a forma de pares de electrões e antielétrons, ou positrões.
A produção de pares de electrões-positrões saps energia a partir do núcleo da estrela, perturbando o equilíbrio entre o impulso de pressão para fora e o esmagamento da gravidade. Esta assim chamada "instabilidade de pares" provoca pulsações violentas que ejectam uma grande fracção das camadas exteriores da estrela, e eventualmente interrompem a estrela completamente numa explosão termonuclear.
As supernovas de instabilidade de pares, se existirem, seriam as explosões termonucleares mais energéticas do universo. Em estrelas com massas maiores do que cerca de 260 sóis, as pulsações seriam esmagadas pela gravidade ea estrela desmoronaria para formar um buraco negro sem uma explosão.
Ilustração, choque, ondas, supernova, remanescentesPara as estrelas com massas iniciais acima de 200 sóis, as supernovas de instabilidade de par produzirão uma abundância de níquel radioativo. A decomposição radioactiva desta grande massa de níquel em cobalto e outros núcleos alimentaria a energia nos detritos em expansão durante vários meses e criaria uma supernova ultra-brilhante.
Observações com Chandra e telescópios ópticos indicam que Supernova 2006gy , a supernova mais luminosa já registrado, pode ser um muito procurada (40 anos) supernova par-instabilidade.
A radiação intensa emitida por uma supernova dura de vários meses a alguns anos antes de desaparecer. Enquanto isso, a matéria em rápida expansão (milhões de quilômetros por hora) da explosão eventualmente se choca em gás circumstelar. Esta colisão cria um remanescente de supernova consistindo de gás quente e partículas de alta energia que brilham no rádio através de comprimentos de onda de raios-X por milhares de anos.
Cassiopeia A
Imagem real do observatório Chandra de Cassiopeia A
O processo de formação do remanescente é um pouco como uma versão extrema de lanças sonoras produzidas pelo movimento supersônico de um avião. A expansão de detritos estelares cria uma onda de choque que corre à frente dos detritos. Esta onda de choque direta produz grandes mudanças repentinas na pressão e temperatura atrás da onda de choque.
A onda de choque direta também acelera elétrons e outras partículas carregadas para energias extremamente altas. Os elétrons que espiralam em torno do campo magnético atrás da onda de choque produzem a radiação sobre uma escala larga dos comprimentos de onda. A radiação de remanescentes de supernova é especialmente visível nos comprimentos de onda de rádio, e os radiotelescópios têm sido tradicionalmente as principais ferramentas para descobrir esses objetos.
Nebulosa de caranguejo Imagem Chandra da Nebulosa do Caranguejo Restante de uma Supernova de Tycho Imagem Chandra de Tycho Supernova
Nos últimos anos, remanescentes de supernova também foram descobertos com telescópios de raios-X de foco. Os raios X são produzidos pela onda de choque direta e por uma onda de choque inversa que aquece os detritos, ou ejecta, da estrela explodida. O choque reverso é formado quando o gás de alta pressão atrás da onda de choque dianteira se expande e empurra para trás sobre a ejeta estelar.
Uma observação de Chandra do remanescente de supernova Cassiopeia A (Cas A) mostra claramente a onda de choque externa e os detritos aquecidos pela onda de choque inversa. O estudo de remanescentes de supernova com telescópios de rádio, infravermelho, óptico e de raios-X permite aos astrônomos traçar o progresso das ondas de choque ea distribuição dos elementos ejetados na explosão. Esses dados são especialmente significativos porque as supernovas são o principal meio para semear a galáxia com muitos elementos como carbono, nitrogênio, oxigênio, silício e ferro, que são necessários para os planetas e a vida.
Em supernovas de núcleo-colapso, uma estrela de nêutrons rapidamente girando, ou pulsar, pode produzir uma fonte pulsante de radiação e uma nebulosa magnetizada de partículas de alta energia que ilumina o interior da concha em expansão. A Nebulosa do Caranguejo, um remanescente de uma supernova observada em 1054 dC, é o exemplo mais espetacular.
A imagem de Chandra da Nebulosa do Caranguejo revela anéis e jatos de partículas de alta energia que parecem ter sido lançadas para fora em grandes distâncias da estrela de nêutrons. O diâmetro do anel interno é cerca de 1.000 vezes o diâmetro do nosso sistema solar.
Chandra tem sido capaz de detectar numerosos pulsares e suas nebulosas pulsares associadas. Essas descobertas estão se revelando uma das melhores maneiras de identificar remanescentes de supernova produzidos pelo colapso do núcleo de uma estrela maciça, e distingui-los de restos produzidos pela ruptura termonuclear de uma estrela anã branca (supernova tipo Ia).
Outro método usado para determinar a origem de um remanescente particular é estudar as quantidades relativas de vários elementos, especialmente oxigênio e ferro. Core-colapso supernovas são ricos em oxigênio, enquanto supernovas termonucleares produzem relativamente mais ferro. Os restos de supernovas de Tycho e Kepler são pensados para ter sido produzido por Supernovas Tipo Ia.
A estrela explode em cerca de dez segundos, sem deixar vestígios. A nuvem em expansão de dejetos brilha intensamente por muitas semanas como o níquel radioativo produzido na explosão que decaia em cobalto e depois em ferro.
Supernova 2001el (laboratório nacional de Lawrence Berkeley)Como as supernovas de Tipo Ia ocorrem em uma estrela que tem uma massa de cerca de 1,4 massas solares, elas produzem a mesma quantidade de luz. Esta propriedade torna extremamente útil como um indicador de distância - se uma supernova Tipo Ia é mais fraca do que outra, ela deve estar mais distante por uma quantidade que pode ser calculada. Nos últimos anos, a supernova tipo Ia tem sido utilizada desta forma para determinar a taxa de expansão do universo. Esta pesquisa levou à surpreendente descoberta de que a expansão do universo está se acelerando, possivelmente porque o universo está cheio de uma misteriosa substância chamada energia escura.
Supernovas de instabilidade de pares Artista Conceito: Um close-up de SN 2006gy
Artista Conceito: Um close-up de SN 2006gy
Para estrelas extremamente maciças, outro tipo de supernova ainda mais violento é possível. De acordo com a teoria da evolução estelar, as temperaturas aumentam para vários bilhões de graus nas regiões centrais de estrelas com massas entre 140 e 260 sóis. A estas temperaturas, o processo habitual de conversão de massa em energia (E = mc 2 ) por meio de reacções nucleares é invertida, e a energia é convertida em massa sob a forma de pares de electrões e antielétrons, ou positrões.
A produção de pares de electrões-positrões saps energia a partir do núcleo da estrela, perturbando o equilíbrio entre o impulso de pressão para fora e o esmagamento da gravidade. Esta assim chamada "instabilidade de pares" provoca pulsações violentas que ejectam uma grande fracção das camadas exteriores da estrela, e eventualmente interrompem a estrela completamente numa explosão termonuclear.
As supernovas de instabilidade de pares, se existirem, seriam as explosões termonucleares mais energéticas do universo. Em estrelas com massas maiores do que cerca de 260 sóis, as pulsações seriam esmagadas pela gravidade ea estrela desmoronaria para formar um buraco negro sem uma explosão.
Ilustração, choque, ondas, supernova, remanescentesPara as estrelas com massas iniciais acima de 200 sóis, as supernovas de instabilidade de par produzirão uma abundância de níquel radioativo. A decomposição radioactiva desta grande massa de níquel em cobalto e outros núcleos alimentaria a energia nos detritos em expansão durante vários meses e criaria uma supernova ultra-brilhante.
Observações com Chandra e telescópios ópticos indicam que Supernova 2006gy , a supernova mais luminosa já registrado, pode ser um muito procurada (40 anos) supernova par-instabilidade.
A radiação intensa emitida por uma supernova dura de vários meses a alguns anos antes de desaparecer. Enquanto isso, a matéria em rápida expansão (milhões de quilômetros por hora) da explosão eventualmente se choca em gás circumstelar. Esta colisão cria um remanescente de supernova consistindo de gás quente e partículas de alta energia que brilham no rádio através de comprimentos de onda de raios-X por milhares de anos.
Cassiopeia A
Imagem real do observatório Chandra de Cassiopeia A
O processo de formação do remanescente é um pouco como uma versão extrema de lanças sonoras produzidas pelo movimento supersônico de um avião. A expansão de detritos estelares cria uma onda de choque que corre à frente dos detritos. Esta onda de choque direta produz grandes mudanças repentinas na pressão e temperatura atrás da onda de choque.
A onda de choque direta também acelera elétrons e outras partículas carregadas para energias extremamente altas. Os elétrons que espiralam em torno do campo magnético atrás da onda de choque produzem a radiação sobre uma escala larga dos comprimentos de onda. A radiação de remanescentes de supernova é especialmente visível nos comprimentos de onda de rádio, e os radiotelescópios têm sido tradicionalmente as principais ferramentas para descobrir esses objetos.
Nebulosa de caranguejo Imagem Chandra da Nebulosa do Caranguejo Restante de uma Supernova de Tycho Imagem Chandra de Tycho Supernova
Nos últimos anos, remanescentes de supernova também foram descobertos com telescópios de raios-X de foco. Os raios X são produzidos pela onda de choque direta e por uma onda de choque inversa que aquece os detritos, ou ejecta, da estrela explodida. O choque reverso é formado quando o gás de alta pressão atrás da onda de choque dianteira se expande e empurra para trás sobre a ejeta estelar.
Uma observação de Chandra do remanescente de supernova Cassiopeia A (Cas A) mostra claramente a onda de choque externa e os detritos aquecidos pela onda de choque inversa. O estudo de remanescentes de supernova com telescópios de rádio, infravermelho, óptico e de raios-X permite aos astrônomos traçar o progresso das ondas de choque ea distribuição dos elementos ejetados na explosão. Esses dados são especialmente significativos porque as supernovas são o principal meio para semear a galáxia com muitos elementos como carbono, nitrogênio, oxigênio, silício e ferro, que são necessários para os planetas e a vida.
Em supernovas de núcleo-colapso, uma estrela de nêutrons rapidamente girando, ou pulsar, pode produzir uma fonte pulsante de radiação e uma nebulosa magnetizada de partículas de alta energia que ilumina o interior da concha em expansão. A Nebulosa do Caranguejo, um remanescente de uma supernova observada em 1054 dC, é o exemplo mais espetacular.
A imagem de Chandra da Nebulosa do Caranguejo revela anéis e jatos de partículas de alta energia que parecem ter sido lançadas para fora em grandes distâncias da estrela de nêutrons. O diâmetro do anel interno é cerca de 1.000 vezes o diâmetro do nosso sistema solar.
Chandra tem sido capaz de detectar numerosos pulsares e suas nebulosas pulsares associadas. Essas descobertas estão se revelando uma das melhores maneiras de identificar remanescentes de supernova produzidos pelo colapso do núcleo de uma estrela maciça, e distingui-los de restos produzidos pela ruptura termonuclear de uma estrela anã branca (supernova tipo Ia).
Outro método usado para determinar a origem de um remanescente particular é estudar as quantidades relativas de vários elementos, especialmente oxigênio e ferro. Core-colapso supernovas são ricos em oxigênio, enquanto supernovas termonucleares produzem relativamente mais ferro. Os restos de supernovas de Tycho e Kepler são pensados para ter sido produzido por Supernovas Tipo Ia.
