Yıldız alacakaranlığı, kalp sonsuzdur - süpernovanın gizemini açığa çıkarır
Bilim adamları, dinamik 3B modellere dayanarak, uzaktaki süpernovaların patlama sürecini yeniden inşa ettiler, süpernova patlamasının ayrıntılarını ortaya çıkardılar ve bizim için evrenin bir başka penceresini açtılar.
Bilim adamlarının gözünde süpernova
Her saniye bir yıldız, evrenin belirli bir köşesinde hayatını şiddetle sona erdirir. Bu devasa ateş topu alacakaranlık yıllarına girdikten sonra sessizce ölmek istemiyor, nükleer yakıtı bittiğinde aniden çökecek ve yıkıcı bir patlama yaratacak. Çok kısa bir süre içinde (iki aya kadar) serbest bırakılacak. Yaşam boyu radyasyonunun toplamıyla karşılaştırılabilir enerji. Şu anda yıldız gökyüzünde yeni bir parlak yıldız gibi görünüyor ve bilim adamları ona süpernova diyor.
Hiç şüphe yok ki süpernova patlaması çok muhteşem bir kozmik performans ... Bilim adamlarının gözünde galaksilerin bileşimi ve yıldızların evrimini anlamamızın da anahtarı. Süpernova patlar, yıldızın malzemesinin çoğunu ışık hızının onda birine varan bir hızla dışarıya doğru dağıtır ve çevredeki yıldızlararası malzemeye şok dalgaları yayar. Bu şok dalgası, bir süpernova kalıntısı olan yıldızlararası uzayda gaz ve tozdan oluşan genişleyen kabuk benzeri bir yapının oluşmasına neden olacaktır. Bilim adamları süpernova kalıntılarının ağır elementlerle dolu olduğuna inanıyor (hidrojen ve helyum hariç tüm kimyasal elementler) Yıldızlararası uzaydaki materyali zenginleştiren, karasal gezegenleri ve hatta yaşamı mümkün kılan bu ağır elementlerdir. Bir süpernova patladıktan sonra, göz kamaştırıcı ışığı evrendeki bir işaret gibidir.Bilim adamları, uzak galaksilerin mesafesini ölçmek için süpernova kullanırlar ve böylece evrenin hızlandırılmış genişlemesini keşfederler.
Süpernovalar çok önemlidir.Bilim adamları özellikle bir yıldızın çekirdeğinin nasıl çöktüğü ve devasa patlamaların nasıl meydana geldiği ile ilgilenirler. Bu sorunları açıklığa kavuşturmak için, bilim adamları her yıl patlayan yüzlerce süpernovayı keşfediyor ve inceliyorlar, ancak uzayda kurulan yüksek hassasiyetli Hubble teleskopuyla bile, bu uzak galaksilerdeki süpernovalar hala bulanık bir nokta gibi görünüyor. Düşük çözünürlük, bilim adamlarının doğru hesaplamalar yapmasını zorlaştırıyor. Bu nedenle, bilim adamları artık bu uzak "noktalardan" cevap aramıyorlar ve bunun yerine, Samanyolu'ndaki süpernova kalıntılarına odaklanıyorlar. Harabelerdeki parçalar oksijen, kükürt, silikon ve demir gibi çok sayıda bilgiyi kaydeden çok sayıda ağır element içerir. Bilim adamları, süpernovanın patlama sürecini yeniden üretmeyi umarak süpernova kalıntılarının gözlem sonuçlarına dayalı modeller geliştiriyorlar.
En göz alıcı süpernova kalıntısı - Cassiopeia A
Cassiopeia A, Samanyolu'ndaki süpernova kalıntılarının belki de en iyi örneğidir. Samanyolu'nda bilinen en genç süpernova kalıntısı ve dünyanın kuzey yarım küresindeki gökyüzündeki en güçlü radyo kaynağıdır (radyo, elektromanyetik spektrumun bir frekans bandı olan radyo dalgaları olarak da adlandırılan radyo frekansı dalgalarıdır). 1947'de Amerikalı gökbilimci Grot Raeber, Cassiopeia A'yı ilk kez gözlemledi ve buradaki yoğun radyo radyasyonu bilim adamlarının ilgisini çekti. 1951'de iki Amerikalı gökbilimci, Kaliforniya'daki Palomar Gözlemevi'nde Cassiopeia A'nın fotoğrafını çekti.
Bu astronomik gözlemler sayesinde, bilim adamları Cassiopeia A hakkında zaten pek çok bilgi edindiler: Bizden yaklaşık 11.000 ışıkyılı uzaklıkta ve selefi ikili yıldız sistemindeki kırmızı bir dev. 1680 gibi erken bir tarihte, İngiliz kraliyet gökbilimcisi John Framsted patlamasını gözlemledi. Bu kırmızı dev patladığında, hidrojenin çoğunu kaybetti ve geriye yalnızca daha ağır çekirdeğini bıraktı. Günümüzde Cassiopeia A, oksijen, kükürt ve argon bakımından zengin ancak hidrojen, helyum ve nitrojen içermeyen 15 ışık yılı çapında parlak bir kabuk gibi görünüyor. Bunun nedeni, önceki yıldızın daha hafif bileşenlerinin uzayda kalacak ve kabuğu çevreleyecek olmasıdır.
300 yıldan daha uzun bir süre önce, Cassiopeia A'nın patlaması hızla büyük bir enerji yaydı ve şok dalgası çevredeki yıldızlararası bulutları süpürdü. Yıldızlararası bulut uyarıldıktan sonra, yıldızın iç kısmına giden yansıyan bir dalga da üretecektir.Bu yansıyan dalga, yüksek hızda genişleyen enkaz bulutuna çarpar, enkazın sıcaklığını milyonlarca dereceye kadar ısıtır ve radyo dalgalarını X'e tetikler. Çeşitli dalga bantlarının kozmik ışınları - teleskopumuzun bugün Cassiopeia A'nın yüzünü görmesini sağlayan bu şok dalgası ısıtmasıdır.
Cassiopeia A'nın patlamasından sonra, diğer gök cisimleri tarafından rahatsız edilmemiş, her zaman bir genişleme durumunda olmuştur ve kimyasal elementler bakımından zengindir.Bu, süpernova üzerinde çalışmak için en iyi şablondur. Bu nedenle bilim adamlarının Cassiopeia A için büyük umutları var ve enkazın bileşimini ve hareketini inceleyerek süpernova patlaması sürecini araştırmayı dört gözle bekliyorlar. Bu fikir, bir bombanın gücünü test eden, parçaların hareketinden bombanın enerjisinin nasıl salındığını çıkaran bir bilim adamına benziyor.
3B modeli yeniden oluştur
Şimdi, üç boyutlu bilgisayar teknolojisinin hızlı ilerlemesiyle bilim adamları, Cassiopeia A'nın ölümünün üç boyutlu görüntülerini yeniden üretmeye başladılar. 1951'de Palomar Gözlemevi tarafından çekilen Cassiopeia A fotoğrafları ile son Hubble Teleskobu'nu karşılaştırdılar ve harabelerin genişleme oranının son yarım yüzyılda yavaşlamadığını buldular. Patlamadan çıkan ejekta yüksek hızda hareket ediyor, böylece enkazdaki moloz modelindeki değişiklik fotoğrafta sadece bir yıl arayla görülebiliyor.
Bir galaksinin geriye dönük hızını galaksi ile Dünya arasındaki mesafeye dönüştürmek için Hubble yasasını kullanma yöntemine benzer şekilde, bilim adamları da enkazın hızını konumlarını tahmin etmek için kullanırlar (süpernova kalıntısının merkezine göre) ve hız Cassiopeia A'dan geçer. Enkazın spektrumundaki Doppler frekans kayması belirlenir - enkaz bize yakın veya uzak olduğunda spektrumun dalga boyu buna göre mavi veya kırmızıya kayar ve hareketin etkisi hız ile ilgilidir.
Bilim adamları, Dünya ile Cassiopeia A arasındaki bağlantı hattının yönünü Z koordinat ekseni olarak belirlediler. Enkaz parçalarının gökyüzündeki konumu X ve Y eksenlerini belirler. Enkaz üzerinde 14.000 gözlemden sonra Cassiopeia'yı yaptılar. Bir 3B model. Bu model, enkazdaki tüm ışıklı püskürmeleri içerir ve son derece yüksek uzaysal çözünürlüğe ve hassas Doppler kaydırma efektlerine sahiptir.
Garip dairesel kalıntılar
Cassiopeia A'nın iki boyutlu bir fotoğrafından, tüm resmi kapsayan üç boyutlu bir modele kadar, bu çok büyük bir gelişme. 360 ° dönüşle, Cassiopeia A'nın ana yapısının bir küre boyunca nasıl sarıldığını görebiliriz - süpernova fırlatması tüm küre yüzeyini kaplamaz, ancak büyük ölçekli bir yakın daire oluşturur. Bir halkalar ağı, bu halkaların çapı yaklaşık olarak 1 ila 6 ışıkyılı arasındadır. Jetlerin hız dağılımı da asimetriktir ve bizden uzaklaşan jetler bize doğru olanlardan daha hızlıdır.
Bilim adamları, süpernova patlamasının özelliklerinin kendisinin Cassiopeia A'nın düzensiz şekline neden olabileceğine inanıyor. Düzensiz bir düz patlama (her yönde tek tip bir küresel patlama değil), fırlatılan malzemenin belirli bir yönde daha fazla hız kazanmasına neden olabilir. Ek olarak, düzensiz bir dış ortam da harabelerin şeklini etkileyebilir.Bazı kanıtlar, dünyamıza daha yakın olan tarafta, burada enkazın genişlemesini engelleyecek daha yoğun malzeme bulunduğunu göstermektedir.
Ayrıca bilim adamları, Cassiopeia A'nın patlamasının başlangıcında, radyoaktif element olan nikel 56 bakımından zengin ejekta duman bulutunun, hafif elementlerin işgal ettiği dış tabakadan yükseldiğini keşfettiler.Nikel, kobalta sonra da demire dönüşüyor. Açığa çıkan enerji, bu duman bulutlarını genişletir ve oksijen, kükürt ve argon gibi yakındaki radyoaktif olmayan maddeleri sıkıştırarak peynir fermantasyonu gibi yıldızlararası boşlukta kabarcıklara neden olur.
Bilim adamları, diğer nispeten genç nükleer çöküş süpernovaları üzerinde araştırmalar yaptılar ve aynı zamanda benzer dev halka şekilli püskürmeler buldular; bu, Cassiopeia A'daki düzenli parça yapısının özel olmadığı ve belki de arkasında daha genel bir amacı olduğu anlamına geliyor. Kinetik nedenler. Bununla birlikte, halka yapısının kökeni ne olursa olsun, bilim adamları için süpernovaları incelemeleri önemli bir rehber olacaktır.
Dört nala koşan jet
Gökbilimciler 1951'de Cassiopeia A'nın fotoğrafını çektiklerinden beri, bu süpernovanın dış kenar bölgesinde son derece yönlü jetlere sahip olduğunu keşfettiler - jetlerin hızı saniyede yaklaşık 15.000 bin. M, daha sonra, bilim adamları Cassiopeia A'nın diğer tarafında ters yönde jetler keşfettiler.
İki boyutlu bir gökyüzü düzleminde, bu jetler tamamen zıt yönlerde gibi görünür, ancak gerçekte bu doğru değildir. Bilim adamları, bu yüksek hızlı hareket eden püskürtmeleri üç boyutlu bir modelle incelediler ve 40 ° 'ye yayılan konik bir alanda yayıldıklarını buldular. Üç boyutlu simülasyonda, fırlatılan nesnelerin hızı kimyasal bileşimlerine bağlıdır. Jetin dış ucunda bulunan en hızlı hareket eden parçacıklar, en çok kükürt ve silisyum içerir, bu da onların önceki yıldızın iç kısmından kaynaklandığını gösterir.Özel bir patlama işlemi, malzemeyi yıldızın ortasına belirli bir yönde püskürtmüştür. Dışarı. Jetlerin bulunduğu iki bölge, hidrojen, helyum (öncü yıldızın yüzeyinden) ve oksijen, kükürt ve argonun (yıldızın derin katmanlarından) karıştırıldığı bölgelerdir. Elementlerin bu olağandışı karışımı, Cassiopeia anlamına gelir. A, oldukça çalkantılı ve patlayıcı bir kökene sahiptir.
Cassiopeia A'nın halka ağı ve yüksek hızlı jetleri etkileyicidir.Bu özellikler uzaktaki güneş dışı süpernovalarda görülemez. Bu nedenle, Cassiopeia A'nın kalıntılarının 3 boyutlu simülasyonu, bilim insanlarına süpernova patlamaları sürecini incelemek için bazı değerli ipuçları verdi. Gelecekte, bazı yeni yakın mesafe süpernova kalıntıları ortaya çıkacak.Bilim adamları daha fazla ve daha derin içgörüler elde etmeyi umuyor, ancak bu görev bilgisayar yeteneklerinin sınırlarını zorluyor. Süpernovanın simülasyon misyonu dünyadaki en güçlü süper bilgisayar tarafından yürütülmelidir.Modelin inşası, karmaşık akışkanlar mekaniği, nükleer fizik, yıldız evrimi ve optik aktarımın anlaşılmasını gerektirir.Bilim adamlarının daha uzun bir yolu var.
