Гиперновая звезда

Эта Киля, в созвездии Киля, один из ближайших кандидатов в будущую гиперновую^[1]

Гиперновая — взрыв массивной звезды (с массой более 20 масс Солнца) после коллапса ее ядра. Коллапс ядра происходит после того, как в нем истощается топливо для поддержания термоядерных реакций; другими словами, это очень большая сверхновая. С начала 1990-х годов были замечены столь мощные взрывы звёзд, что сила взрыва превышала мощность взрыва обычной сверхновой примерно в 10 раз, а энергия взрыва превышала 10⁴⁵ джоулей ^[2]. К тому же многие из этих взрывов сопровождались длинными гамма-всплесками. Сегодня термин Гиперновая используется также для описания взрывов звёзд с массой от 100 до 150 и более масс Солнца.

Гиперновые теоретически могли бы создать серьёзную угрозу Земле вследствие сильной радиоактивной вспышки, но в настоящее время вблизи Земли нет звёзд, которые могли бы представлять такую опасность^[3]. По некоторым данным, 440 миллионов лет назад имел место взрыв гиперновой звезды вблизи Земли^[4], в результате которого произошло Ордовикско-силурийское вымирание (исчезло более 60 % морских беспозвоночных). Вероятно, короткоживущий изотоп никеля Землю в результате этого взрыва^[5].

Термин коллапсар (от англ. collapsed star — сколлапсировавшая звезда) первоначально означал продукт гравитационного коллапса — чёрную дыру. В настоящее время это слово иногда относят к определённой модели коллапса быстровращающейся звезды.

Коллапс звезды

Термин «гиперновая» придумал Стэнфорд Вусли (англ.). Ядро массивной звезды при гравитационном коллапсе превращается в чёрную дыру; если звезда быстро вращалась, то вокруг чёрной дыры может образоваться массивный аккреционный диск. За счет нейтринного нагрева или под воздействием механизма Бландфорда-Знаека могут быть сформированны две мощные релятивистские струи, выбрасываемые в направлении полюсов вращения умирающей звезды почти со скоростью света. Эти релятивистские струи могут объяснить гамма-всплески, которые иногда наблюдаются при взрывах гиперновых. В последние годы большой объём данных наблюдений гамма-всплесков значительно улучшил наше понимание этих событий, и стало ясно, что в численных моделях коллапса получаются взрывы, которые отличаются от взрывов обычных сверхновых.

Звёзды, способные взорваться как гиперновая, встречаются очень редко, потому что звезда должна быть массивной, быстро вращаться и (возможно) иметь сильное магнитное поле. Поэтому гиперновые должны взрываться редко. Предполагается, что в нашей Галактике гиперновая взрывается в среднем один раз в 200 млн лет.

Слово «коллапсар» используется как название гипотетической модели, в которой быстро вращающаяся звезда Вольфа-Райе с массой ядра около 30 солнечных масс формирует вращающуюся чёрную дыру, которая аккрецирует вещество из падающей на нее звёздной оболочки. При этом могут быть сформированы релятивистские струи с релятивистской скоростью (с фактором Лоренца более 100). Благодаря таким скоростям струйные выбросы коллапсаров могут оказаться самыми быстрыми из известных небесных тел. Таким образом коллапсар, начинаясь как «неудавшаяся» сверхновая, превращается во взрыв гиперновой.

Считается, что коллапсары являются основной причиной длинных (> 2 секунд) гамма-всплесков. Мощная струя, выбрасываемая вдоль оси вращения чёрной дыры, может создать направленный всплеск высокоэнергетического излучения. Наблюдатель может зарегистрировать такой всплеск, если он находится вблизи направления релятивистской струи.

В качестве примера коллапсара можно привести необычные сверхновые SN 1998bw (англ.) и SN 2003dh (англ.), связанные с гамма-всплесками GRB 980425 и GRB 030329 соответственно. Звезды были классифицированы как сверхновые типа Ic из-за особенностей их спектра. В радиодиапазоне наблюдались свидетельства наличия релятивистских скоростей при взрыве.

Ещё одним видом гиперновой является сверхновая, нестабильная по отношению к образованию электрон-позитронных пар (англ. pair-instability supernova). В такой сверхновой рождение пар вызывает резкое падение давления в звёздном ядре, что приводит к быстрому частичному коллапсу, который и становится причиной резкого повышения температуры и давления, приводящего к взрывному термоядерному возгоранию и полному взрыву звезды. Сверхновая SN 2006gy была, возможно, первым наблюдавшимся примером такого типа сверхновых. Эта сверхновая наблюдалась в галактике, находящейся на расстоянии около 240 миллионов световых лет (72 млн. парсеков) от Земли.

Коллапсары в научной фантастике

• В рассказе Ларри Нивена «Singularities Make Me Nervous» (рус. «От сингулярностей я нервничаю») благодаря массивным «коллапсарам» стало возможно путешествие во времени.
• В рассказе Джерри Пурнеля «He Fell Into a Dark Hole» из-за гравитационного влияния «коллапсара» космический корабль случайно вышел из гиперпространства.
• В романе Джо Холдемана «The Forever War» (рус. «Бесконечная война») «коллапсары» использовались для межзвёздных путешествий.

См. также

• Гамма-всплеск
• Кварковая звезда
• Коллапсар

Примечания

1. ↑ Гиперновая как наиболее разрушительное событие во Вселенной (англ.)
2. ↑ NASA — Ярче чем Сверхновая звезда — это Гиперновая звезда (англ.)
3. ↑ SPACE.com — Possible Hypernova Could Affect Earth (англ.)
4. ↑ A hypernova is the most destructive force in the universe (англ.)
5. ↑ Hypernova (англ.)

Литература

• A. I. MacFadyen and S. E. Woosley «Collapsars: Gamma-Ray Bursts and Explosions in 'Failed Supernovae'». — Astrophysical Journal Vol 524. — октябрь 1999. — С. 262—289.
• Stanford E. Woosley «Gamma-ray bursts from stellar mass accretion disks around black holes». — Astrophysical Journal, Vol 405, март 1993. — С. 273—277.
• Tsvi Piran «The Physics of Gamma-Ray Bursts». — Reviews of Modern Physics, Vol 76. — октябрь 2004.

Ссылки

• Cosmological Gamma-Ray Bursts and Hypernovae Conclusively Linked European Southern Observatory (ESO)