СВЕРХНОВЫЕ ЗВЁЗДЫ

СВЕРХНОВЫЕ ЗВЁЗДЫ, звёзды, испытавшие катастрофич. взрыв, за к-рым последовало огромное увеличение их блеска. В максимуме блеска светимость С. з. в миллиард раз превышает светимость таких звёзд, как Солнце, превосходя иногда светимость всей галактики, в к-рой они находятся. Максимум блеска С. з. наступает примерно через две-три недели после взрыва. После этого её блеск начинает постепенно падать, уменьшаясь в течение последующих 100 сут в 25-50 раз. В среднем в галактике, подобной нашей, вспыхивает одна-две С. з. в столетие. В нашей Галактике последние вспышки С. з. наблюдали Т. Браге в 1572 и И. Кеплер в 1604. Не исключено, что за последние три века в Галактике произошло ещё неск. вспышек С. з., к-рые, однако, не были замечены из-за сильного поглощения их света межзвёздной пылью. Наблюдая одновременно большое число галактик, астрономы открывают полтора-два десятка внегалактических С. з. ежегодно. Название "С. з." дано этим объектам по аналогии с новыми звёздами, но подчёркивает значительно более мощный характер вспышек.

По характеру изменения блеска со временем и спектру С. з. разделяют на 2 типа. С. з. I типа, как правило, в 3-5 раз ярче сверхновых II типа и характеризуются более медленным уменьшением блеска после максимума. Для спектров С. з. II типа наиболее характерны интенсивные линии излучения, тогда как для С. з. I типа - очень широкие линии поглощения. Другим отличием является присутствие в спектре С. з. II типа сильных линий водорода, почти полностью отсутствующих в спектрах С. з. I типа.

Большое значение для изучения С. з. имело обнаружение в Галактике продуктов их взрыва: расширяющихся с большими скоростями газовых оболочек (т. н. остатков сверхновых) и звездообразных объектов - пульсаров. Последние являются быстровращающимися нейтронными звёздами, для к-рых характерно радиоизлучение, пульсирующее с периодом, равным периоду вращения звезды. Остатки С. з. являются источниками т. н. синхронного радиоизлучения, к-рое возникает при торможении электронов большой энергии в магнитных полях оболочек. Нек-рые из остатков С. з. являются также источниками теплового рентгеновского излучения с темп-рой 10⁶-10⁷ К. Наиболее поразительным из всех остатков С. з. нашей Галактики можно считать Крабовидную туманность, к-рая находится на том месте, где в 1054 вспыхнула яркая С. з., отмеченная в китайских и японских хрониках. Помимо причудливой волокнистой туманности, расширяющейся со скоростью ок. 1500 км/сек, в этом остатке наблюдается пульсар с периодом излучения 0,033 сек в радио-, оптическом, рентгеновском и гамма-диапазонах. По ряду признаков С. з. 1054 нельзя отнести ни к I, ни ко II типу.

Анализ имеющихся наблюдательных данных о С. з. и о их остатках позволяет нарисовать в общих чертах следующую картину эволюции С. з. (характерные параметры приведены в табл.). При взрыве С. з. значительная доля массы звезды (а в некоторых случаях, возможно, и вся её масса) превращается в оболочку, расширяющуюся со скоростями до 20 000 км/сек. Увеличение блеска связано в значительной мере с увеличением радиуса излучающей поверхности. В максимуме блеска С. з. имеют колоссальный радиус, в 20-40 тыс. раз превышающий солнечный. По мере расширения оболочки её плотность уменьшается. При последующем расширении в межзвёздной среде оболочка С. з. начинает взаимодействовать с межзвёздным газом, что приводит к образованию ударной волны. Следствием этого является нагрев и торможение оболочки. Через десятки тысяч лет остаток С. з. охватывает объём пространства радиусом более 10 пс, заполненный горячей плазмой с темп-рой ок. 10⁶ К. На границе этого объёма находится слой более холодного и плотного межзвёздного газа, увлечённого при расширении оболочки. Масса этого газа достигает неск. сот солнечных масс (типичный пример такого остатка С. з.- волокнистая туманность в созвездии Лебедя). По прошествии сотен тыс. лет скорость расширения оболочки падает до величины порядка 10 км/сек я её уже невозможно выделить на фоне хаотически движущихся облаков межзвёздного газа.

Характеристики сверхновых звёзд

Параметры

Сверхновые звёзды I типа

Сверхновые звёзды II типа

Масса выброшенной оболочки (в массах Солнца)

0,1-0,5

ок. 1

Скорость расширения в максимуме блеска, км/сек 

10-20 тыс.

5-15 тыс.

Темп-pa в максимуме блеска, К.

15-20 тыс.

10 - 15 тыс.

Полная энергия излучения, эрг

10⁴⁹ - 10⁵⁰

3х10⁴⁸ -3х10⁴⁹

Кинетическая энергия оболочки, эрг

10⁵⁰ - 10⁵¹

2х10⁵⁰ - 2х10⁵¹

1 эрг = 10^-7 дж.

Теория пока ещё (70-е гг. 20 в.) не в состоянии дать определённый ответ на вопрос о механизме вспышек С. з. Однако, по-видимому, можно считать, что взрыв С. з.- результат неустойчивости, возникающей на поздних стадиях эволюции звёзд. Наиболее вероятными представляются следующие два механизма вспышек: термоядерный взрыв вырожденного ядра, состоящего из углерода; гравитационный коллапс, т. е. катастрофическое падение вещества звезды к центру, когда термоядерная энергия последней оказывается полностью исчерпанной. В последнем случае предполагается, что бурное выделение гравитационной энергии приводит при нек-рых условиях к разлёту наружных слоев звезды.

Одним из самых интересных аспектов физики С. з. является их роль в термоядерном синтезе хим. элементов и преобразовании хим. состава Галактики. К моменту взрыва С. з. значительная доля её массы в форме водорода и гелия оказывается преобразованной посредством термоядерных реакций в элементы с большими атомными весами. При взрыве возникают условия для синтеза ещё более тяжёлых элементов, в т. ч. элементов группы железа. В результате этого вещество, выбрасываемое С. з. в межзвёздную среду, обогащено тяжёлыми элементами. На протяжении ранней истории Галактики взорвалось достаточно много С. з., чтобы существенно изменить её первоначальный хим. состав. Наблюдения показывают, что самые "старые" звёзды Галактики содержат в 100-1000 раз меньше тяжёлых элементов, чем Солнце и другие звёзды, образовавшиеся позднее.

Со С. з. в значительной мере связывают также и происхождение космических лучей в Галактике. Предполагается, что ускорение космических лучей происходит в электромагнитных полях пульсаров и частично в ударных волнах расширяющихся оболочек С. з.

Лит.: Шкловский И. С., Сверхновые звёзды, М., 1966; Псковский Ю. П., Новые и сверхновые звёзды, М., 1974; М у с-тель Э. Р., Вспышки сверхновых и термоядерные процессы, "Природа", 1974, № 12. Э. Р. Мустель, Н. Н. Чугай.