Остаток сверхновой ( ОСН ) — это структура, образовавшаяся в результате взрыва звезды в сверхновой . Остаток сверхновой ограничен расширяющейся ударной волной и состоит из выброшенного материала, расширяющегося от взрыва, и межзвездного материала, который он подхватывает и ударяет по пути.
Существует два распространенных пути возникновения сверхновой: либо у массивной звезды может закончиться топливо, и она перестанет вырабатывать энергию термоядерного синтеза в своем ядре, а затем она схлопнется внутрь под действием собственной гравитации, образуя нейтронную звезду или черную дыру ; либо белая карликовая звезда может аккрецировать материал из звезды-компаньона, пока не достигнет критической массы и не подвергнется термоядерному взрыву .
В любом случае, в результате взрыва сверхновой большая часть или весь звездный материал выбрасывается со скоростью до 10% скорости света (или около 30 000 км/с), а перед выбросом образуется сильная ударная волна . Это нагревает плазму выше по потоку до температур, значительно превышающих миллионы К. Ударная волна непрерывно замедляется с течением времени, поскольку она охватывает окружающую среду, но она может расширяться в течение сотен или тысяч лет и десятков парсеков, прежде чем ее скорость упадет ниже локальной скорости звука.
По мере расширения SNR проходит следующие стадии: [2]
Свободное расширение выбросов, пока они не наберут собственный вес в околозвездной или межзвездной среде . Это может длиться от десятков до нескольких сотен лет в зависимости от плотности окружающего газа.
Подметание оболочки ударного околозвездного и межзвездного газа. Начинается фаза Седова-Тейлора, которую можно хорошо смоделировать с помощью самоподобного аналитического решения (см. взрывная волна ). Сильное рентгеновское излучение отслеживает сильные ударные волны и горячий ударный газ.
Охлаждение оболочки, чтобы сформировать тонкую (< 1 пк ), плотную (от 1 до 100 миллионов атомов на кубический метр) оболочку, окружающую горячую (несколько миллионов кельвинов) внутреннюю часть. Это фаза снегоочистителя под давлением. Оболочку можно ясно увидеть в оптическом излучении от рекомбинации ионизированных атомов водорода и ионизированного кислорода .
Охлаждение внутренностей. Плотная оболочка продолжает расширяться от собственного импульса. Этот этап лучше всего виден в радиоизлучении нейтральных атомов водорода.
Слияние с окружающей межзвездной средой. Когда остаток сверхновой замедлится до скорости случайных скоростей в окружающей среде, примерно через 30 000 лет он сольется с общим турбулентным потоком, внеся свою оставшуюся кинетическую энергию в турбулентность.
Композитный, в котором оболочка содержит центральную туманность пульсарного ветра , например G11.2-0.3 или G21.5-0.9.
Остатки смешанной морфологии (также называемые «тепловыми составными»), в которых видно центральное тепловое рентгеновское излучение, окруженное радиооболочкой. Тепловые рентгеновские лучи в основном исходят от выметенного межзвездного материала, а не от выбросов сверхновых. Примерами этого класса являются остатки сверхновых W28 и W44. (Как ни странно, W44 дополнительно содержит пульсар и туманность пульсарного ветра; поэтому он одновременно является как «классическим» составным, так и тепловым составным.)
Остатки сверхновой
Остатки, которые могли быть созданы только при значительно более высоких энергиях выброса, чем у стандартной сверхновой, называются остатками гиперновой , в честь высокоэнергетического взрыва гиперновой , который, как предполагается, их создал. [3]
Происхождение космических лучей
Остатки сверхновых считаются основным источником галактических космических лучей . [4] [5] [6]
Связь между космическими лучами и сверхновыми была впервые предложена Вальтером Бааде и Фрицем Цвикки в 1934 году. Виталий Гинзбург и Сергей Сыроватский в 1964 году заметили, что если эффективность ускорения космических лучей в остатках сверхновых составляет около 10 процентов, то потери космических лучей Млечного Пути компенсируются. Эта гипотеза подтверждается особым механизмом, называемым «ускорение ударной волной», основанным на идеях Энрико Ферми , который все еще находится в стадии разработки. [7]
В 1949 году Ферми предложил модель ускорения космических лучей посредством столкновений частиц с магнитными облаками в межзвездной среде . [8] Этот процесс, известный как « механизм Ферми второго порядка », увеличивает энергию частиц во время лобовых столкновений, что приводит к устойчивому увеличению энергии. Более поздняя модель для получения ускорения Ферми была создана мощным фронтом ударной волны, движущимся в пространстве. Частицы, которые многократно пересекают фронт ударной волны, могут получить значительное увеличение энергии. Это стало известно как «механизм Ферми первого порядка». [9]
Остатки сверхновых могут обеспечить энергетические ударные фронты, необходимые для генерации космических лучей сверхвысокой энергии. Наблюдение за остатком SN 1006 в рентгеновском диапазоне показало синхротронное излучение , согласующееся с тем, что он является источником космических лучей. [4] Однако для энергий выше примерно 10 18 эВ требуется другой механизм, поскольку остатки сверхновых не могут обеспечить достаточное количество энергии. [9]
Пока неясно, ускоряют ли остатки сверхновых космические лучи до энергий ПэВ. Будущий телескоп CTA поможет ответить на этот вопрос.
↑ Открытие последней сверхновой в нашей галактике 14 мая 2008 г.
^ Рейнольдс, Стивен П. (2008). «Остатки сверхновых при высоких энергиях». Annual Review of Astronomy and Astrophysics . 46 (46): 89–126. Bibcode : 2008ARA&A..46...89R. doi : 10.1146/annurev.astro.46.060407.145237.
^ Лай, Ши-Пин; Чу, Ю-Хуа; Чен, К.-Х. Рози; Чиардулло, Робин; Гребель, Ева К. (2001). «Критический анализ кандидатов в остатки гиперновой в M101. I. MF 83». The Astrophysical Journal . 547 (2): 754–764. arXiv : astro-ph/0009238 . Bibcode :2001ApJ...547..754L. doi :10.1086/318420. S2CID 14620463.
^ ab K. Koyama; R. Petre; EV Gotthelf; U. Hwang; et al. (1995). "Доказательства ударного ускорения электронов высокой энергии в остатке сверхновой SN1006". Nature . 378 (6554): 255–258. Bibcode :1995Natur.378..255K. doi :10.1038/378255a0. S2CID 4257238.
^ "Сверхновая производит космические лучи". BBC News . 4 ноября 2004 г. Получено 28 ноября 2006 г.
^ "SNR и ускорение космических лучей". NASA Goddard Space Flight Center. Архивировано из оригинала 1999-02-21 . Получено 2007-02-08 .
^ SP Reynolds (2011). «Ускорение частиц в ударных волнах остатков сверхновых». Астрофизика и космическая наука . 336 (1): 257–262. arXiv : 1012.1306 . Bibcode : 2011Ap&SS.336..257R. doi : 10.1007/s10509-010-0559-8. S2CID 118735190.
^ Э. Ферми (1949). «О происхождении космического излучения». Physical Review . 75 (8): 1169–1174. Bibcode :1949PhRv...75.1169F. doi :10.1103/PhysRev.75.1169.
^ ab "Космические лучи сверхвысокой энергии". Университет Юты . Получено 10 августа 2006 г.
Внешние ссылки
На Викискладе есть медиафайлы по теме « Остатки сверхновых» .
Список всех известных галактических и внегалактических сверхновых в Открытом каталоге сверхновых (пока это не остатки сверхновых)
