Supernovy a my

Začnem s definíciou supernovy. Wikipédia hovorí o supernovách ako o termíne, ktorý sa vzťahuje na hviezdne explózie [1]. Supernova nie je klasický objekt, ale len dočasný stav systému, podobne ako napríklad blesk. Blesk je veľmi prudký dej, ktorý sa prejavuje zvukom a svetlom, supernova sa zas prejavuje extrémnym zjasnením, na astronomické pomery je tiež extrémne rapídna [2].

Slovo extrémne nie je číre preháňanie, zjasnenie dosahuje hodnoty až 10 000 000 000 násobok žiarivosti Slnka, čo je pre predstavu žiarivosť porovnateľná s našou domácou galaxiou. Veľkolepá explózia, ktorá nastane na konci života niektorých hviezd, prežiari na chvíľu aj celú galaxiu – vskutku veľmi pozoruhodný koniec.

Extrémna žiarivosť supernovy je taktiež dôvodom, prečo ich bolo možné pozorovať aj pred vynájdením teleskopu. Historicky zdokumentované supernovy sú napríklad Tychova (SN1572) a Keplerova (SN1604) supernova. Tieto supernovy sú dôležité taktiež kvôli tomu, že boli pozorované presne v čase, kedy prebiehali diskusie o nemennosti oblohy [3].

Supernovy dvoch typov

Po 19.tom storočí, s príchodom moderných pozorovacích prístrojov a hlavne detektorov, sa supernovy začali klasifikovať najskôr podľa prítomnosti (emisných čiar) vodíka. Použilo sa latinské číslovanie, supernovy typu I vodík neobsahovali, typu II áno. Vylepšovaním prístrojov sa toto delenie zjemnilo a pridali sa ďalšie písmená na označenie podtried, ako napríklad supernova typu Ia, ktorá neobsahuje vodík ani héliové čiary, ale zato obsahuje kremíkové čiary, či supernova typu Ib, ktorá je charakterizovaná zase neprítomnosťou vodíkových emisných čiar (pre odborníkov: sú tam len slabé absorpčné čiary vodíka) ako i kremíka, ale s prítomnosťou héliových čiar. V skratke: supernovy charakterizujeme podľa ich chemického zloženia.

Toto delenie na dva typy a kopu podtypov bolo treba vysvetliť fyzikálne. Ukázalo sa, že podstata tkvie v príčine explózie. Typ I nastáva pri dvojhviezdnom systéme, kvôli termonukleárnej fúzii pri špecifickej hmote, ktorú na seba nahromadil (tzv. akrécia) biely trpaslík od svojho súputníka.

Bielym trpaslíkom nazývame vyhasnuté jadro hviezdy v ktorom už neprebiehajú jadrové reakcie. Tento objekt už skončil svoj život a pomaly chladne. Stále ma však vysokú teplotu a preto sa javí ako biely; je tvorený primárne ťažšími prvkami ako hélium. Prečo nastane supernova pri dosiahnutí špecifickej hmotnosti (vďaka hmote, ktorú nasáva zo svojho partnera)? Pri istej hmotnosti totiž biely trpaslík skolabuje na neutrónovú hviezdu [4,4b]. V prípade, že biely trpaslík nemá k dispozícií dostatok hmoty, môže dôjsť len k menšej explózii – tento jav sa označuje ako nova.

Príčinou supernovy typu II je zrútenie (kolaps) jadra v masívnych hviezdach a následná explózia. Presnejšie vysvetlenie si však vyžaduje ďalší článok [5] (napíšte do komentárov ak máte záujem).

Už by sme mali mať základnú predstavu o tom, čo sú supernovy, prečo ich však skúmame? Dôvodov je viacero, niektoré pomáhajú vysvetliť vesmír (napr. rozpínanie vesmíru pomocou merania supernov typu Ia a to vďaka tomu, že ich je vidieť na veľkú vzdialenosť a majú predvídateľné vlastnosti) alebo pochopiť fyziku počas takýchto drastických dejov. Uvediem dve, pre mňa osobne veľmi zaujímavé, otázky súvisiace so supernovami.

Sme len hviezdny prach

Prvá otázka je, či môže aj Slnko vybuchnúť ako supernova. Odpoveďou je, že nemôže. Na to aby hviezda vybuchla, potrebuje oveľa väčšiu hmotu alebo tvoriť dvojhviezdny systém. To však neznamená, že nás koniec Slnka nezničí.

Po približne 5 miliardách rokov stabilného vývoja klesne v slnečnom jadre vodík pod určitú kritickú hranicu (jadro je konvektívne a teda dosť dobre premiešavané), tým pádom dôjde k zastaveniu syntézy vodíka na hélium. Jadro začne kolabovať, čím sa zväčší hustota a aj teplota, až kým sa nezačne efektívna syntéza hélia. To spôsobí, že sa povrch nafúkne, keďže sa miesto reakcie presunie bližšie k povrchu a teda gravitácia, čiže jediná sila, ktorá drží hviezdy pokope bude nižšia, ako keď syntéza prebiehala v strede. Ako veľmi sa Slnko nafúkne? Podľa mnohých modelov až po orbitu Zeme [6]. Asi netreba komentovať, aký efekt to na našu planétu bude mať.

Mimochodom, najbližší kandidát na supernovu (typu Ia) je IK Pegasi so vzdialenosťou 150 svetelných rokov, čo by však mal byť dostatočne bezpečný odstup pre život na Zemi [7].

Druhá zaujímavá otázka je, že kde sa vlastne vo vesmíre vzali ťažké chemické prvky, keďže v počiatkoch vesmíru vznikli iba tie ľahšie, ako napríklad hélium či lítium. Ťažie prvky vznikajú efektívne práve až pri explózii supernov [8]. Dochádza v nich k syntéze prvkov až po železo, ešte ťažšie prvky vznikajú až pri zrážke dvoch neutrónových hviezd [9].

Hmota, ktorá tvorí našu planétu, všetko okolo nás a aj nás samotných, bola vytvorená počas jadrových reakcií vo hviezdach – a potom ešte neskôr počas ich explózie. Naozaj tak nie je preháňanie, keď sa povie, že sme len hviezdny prach!

[Michal]
MUNI Brno

PS: Na obrázku je pozostatok zo supernovy známy ako Krabia Hmlovina (resp. Messier 1). Je vzdialená 6000 svetelných rokov a vybuchla pred asi 7000 rokmi, záblesk k nám dorazil v roku 1054, zaznamenali ju čínski a arabskí astronómovia. V noci sa dali vidieť takmer 2 roky, cez deň (!) takmer mesiac. Pravdepodobne šlo o typ II, v strede hmloviny sa teraz nachádza neutrónová hviezda. Tá sa otáča 30-krát za sekundu, tvorí silné magnetické pole a vďaka nemu (a elektrónom v okolí) žiari silné Röntgenové svetlo, takýto objekt voláme pulzar [10]. [Samuel]

– – –

[1] https://sk.wikipedia.org/wiki/Supernova
[2] http://curious.astro.cornell.edu/ask-a-question/85-the-universe/supernovae/general-questions/419-how-long-does-the-supernova-stage-of-a-star-last-intermediate
[3] https://www.physics.muni.cz/astrohistorie/historie.pdf
[4] https://sk.wikipedia.org/wiki/Chandrasekharova_medza
[4b] https://www.youtube.com/watch?v=udFxKZRyQt4
[5] https://arxiv.org/abs/astro-ph/0612072
[6]https://www.youtube.com/watch?v=E2E8aJga3v8
[8] https://cs.wikipedia.org/wiki/Prvotní_nukleosyntéza
[7] https://www.scienceinschool.org/2007/issue6/fusion
[9] https://blog.sdss.org/2017/01/09/origin-of-the-elements-in-the-solar-system
[10] https://sk.wikipedia.org/wiki/Pulzar

Zdroj obr. Hubble telescope
https://hubblesite.org/uploads/image_file/image_attachment/30310/STScI-gallery-0537a-2000×960.png