Eksplozje gwiazd supernowych
Andrzej Odrzywołek
Zakład Teorii Względności i Astrofizyki, Instytut Fizyki UJ
11 kwietnia 2017, wtorek, 18:15
Pochodzenie określenia „Supernowa”
zjawisko dziś nazywane supernową „odnotowywano” już w czasach przedhistorycznych
obserwacje w Chinach (SN185, SN1054)
w średniowieczu funkcjonowało pojęcie gwiazdy nowej (SN1006) Tycho de Brahe: De Nova Stella (SN1572)
Kepler: De Stella Nova in pede Serpentiari (SN1604)
Pochodzenie określenia „Supernowa”
zjawisko dziś nazywane supernową „odnotowywano” już w czasach przedhistorycznych
obserwacje w Chinach (SN185, SN1054)
w średniowieczu funkcjonowało pojęcie gwiazdy nowej (SN1006) Tycho de Brahe: De Nova Stella (SN1572)
Kepler: De Stella Nova in pede Serpentiari (SN1604)
Pochodzenie określenia „Supernowa”
zjawisko dziś nazywane supernową „odnotowywano” już w czasach przedhistorycznych
obserwacje w Chinach (SN185, SN1054)
w średniowieczu funkcjonowało pojęcie gwiazdy nowej (SN1006) Tycho de Brahe: De Nova Stella (SN1572)
Kepler: De Stella Nova in pede Serpentiari (SN1604)
Pochodzenie określenia „Supernowa”
zjawisko dziś nazywane supernową „odnotowywano” już w czasach przedhistorycznych
obserwacje w Chinach (SN185, SN1054)
w średniowieczu funkcjonowało pojęcie gwiazdy nowej (SN1006) Tycho de Brahe: De Nova Stella (SN1572)
Kepler: De Stella Nova in pede Serpentiari (SN1604)
Pochodzenie określenia „Supernowa”
zjawisko dziś nazywane supernową „odnotowywano” już w czasach przedhistorycznych
obserwacje w Chinach (SN185, SN1054)
w średniowieczu funkcjonowało pojęcie gwiazdy nowej (SN1006) Tycho de Brahe: De Nova Stella (SN1572)
Kepler: De Stella Nova in pede Serpentiari (SN1604)
Pochodzenie określenia „Supernowa”
zjawisko dziś nazywane supernową „odnotowywano” już w czasach przedhistorycznych
obserwacje w Chinach (SN185, SN1054)
w średniowieczu funkcjonowało pojęcie gwiazdy nowej (SN1006) Tycho de Brahe: De Nova Stella (SN1572)
Kepler: De Stella Nova in pede Serpentiari (SN1604)
Pochodzenie określenia „Supernowa”
zjawisko dziś nazywane supernową „odnotowywano” już w czasach przedhistorycznych
obserwacje w Chinach (SN185, SN1054)
w średniowieczu funkcjonowało pojęcie gwiazdy nowej (SN1006) Tycho de Brahe: De Nova Stella (SN1572)
Kepler: De Stella Nova in pede Serpentiari (SN1604)
Supernowa Keplera SN 1604
Supernowa Keplera SN 1604
SN1885
do XIX wieku usystematyzowano pojęcia gwiazd zmiennych i nowych
w 1885 roku pojawia się Nova na tle mgławicy M31 w Andromedzie
wielka debata o naturze mgławic spiralnych:
Curtis vs Shapley 1920
oponenci używają określeń typu „nieogarniona”, „niemożliwa”,
„niewyobrażalna” Nova
SN1885
do XIX wieku usystematyzowano pojęcia gwiazd zmiennych i nowych
w 1885 roku pojawia się Nova na tle mgławicy M31 w Andromedzie
wielka debata o naturze mgławic spiralnych:
Curtis vs Shapley 1920
oponenci używają określeń typu „nieogarniona”, „niemożliwa”,
„niewyobrażalna” Nova
SN1885
do XIX wieku usystematyzowano pojęcia gwiazd zmiennych i nowych
w 1885 roku pojawia się Nova na tle mgławicy M31 w Andromedzie
wielka debata o naturze mgławic spiralnych:
Curtis vs Shapley 1920
oponenci używają określeń typu „nieogarniona”, „niemożliwa”,
„niewyobrażalna” Nova
SN1885
do XIX wieku usystematyzowano pojęcia gwiazd zmiennych i nowych
w 1885 roku pojawia się Nova na tle mgławicy M31 w Andromedzie
wielka debata o naturze mgławic spiralnych:
Curtis vs Shapley 1920
oponenci używają określeń typu „nieogarniona”, „niemożliwa”,
„niewyobrażalna” Nova
Zwicky wprowadza pojęcie Super-Nowej
Baade&Zwicky w latach 30-tych XX wieku poszukują (i znajdują) kilkanaście supernowych
ostatecznie rozróżniają nowe i super-nowe
poprawnie (!) odgadują mechanizm fizyczny eksplozji (odkrycie neutronu: 1932) po kilku latach z nazwy znika kreska
prawdziwe intencje Zwicky’ego nieznane
Zwicky wprowadza pojęcie Super-Nowej
Baade&Zwicky w latach 30-tych XX wieku poszukują (i znajdują) kilkanaście supernowych
ostatecznie rozróżniają nowe i super-nowe
poprawnie (!) odgadują mechanizm fizyczny eksplozji (odkrycie neutronu: 1932) po kilku latach z nazwy znika kreska
prawdziwe intencje Zwicky’ego nieznane
Zwicky wprowadza pojęcie Super-Nowej
Baade&Zwicky w latach 30-tych XX wieku poszukują (i znajdują) kilkanaście supernowych
ostatecznie rozróżniają nowe i super-nowe
poprawnie (!) odgadują mechanizm fizyczny eksplozji (odkrycie neutronu: 1932) po kilku latach z nazwy znika kreska
prawdziwe intencje Zwicky’ego nieznane
Zwicky wprowadza pojęcie Super-Nowej
Baade&Zwicky w latach 30-tych XX wieku poszukują (i znajdują) kilkanaście supernowych
ostatecznie rozróżniają nowe i super-nowe
poprawnie (!) odgadują mechanizm fizyczny eksplozji (odkrycie neutronu: 1932) po kilku latach z nazwy znika kreska
prawdziwe intencje Zwicky’ego nieznane
Zwicky wprowadza pojęcie Super-Nowej
Baade&Zwicky w latach 30-tych XX wieku poszukują (i znajdują) kilkanaście supernowych
ostatecznie rozróżniają nowe i super-nowe
poprawnie (!) odgadują mechanizm fizyczny eksplozji (odkrycie neutronu: 1932) po kilku latach z nazwy znika kreska
prawdziwe intencje Zwicky’ego nieznane
Współczesne obserwacje
ostatnia supernowa w Galaktyce ponad 400 lat temu (ponad 130 lat w M31, 30 lat w LMC)
6 supernowych/100 lat w M83
w 2016 zanotowano 6394 supernowe, 882 skatalogowane liczne zautomatyzowane programy obserwacyjne
narastający chaos w nazewnictwie: SN1987T, 2015bn, 2016jgr, 2017ckj
Współczesne obserwacje
ostatnia supernowa w Galaktyce ponad 400 lat temu (ponad 130 lat w M31, 30 lat w LMC)
6 supernowych/100 lat w M83
w 2016 zanotowano 6394 supernowe, 882 skatalogowane liczne zautomatyzowane programy obserwacyjne
narastający chaos w nazewnictwie: SN1987T, 2015bn, 2016jgr, 2017ckj
Współczesne obserwacje
ostatnia supernowa w Galaktyce ponad 400 lat temu (ponad 130 lat w M31, 30 lat w LMC)
6 supernowych/100 lat w M83
w 2016 zanotowano 6394 supernowe, 882 skatalogowane liczne zautomatyzowane programy obserwacyjne
narastający chaos w nazewnictwie: SN1987T, 2015bn, 2016jgr, 2017ckj
Współczesne obserwacje
ostatnia supernowa w Galaktyce ponad 400 lat temu (ponad 130 lat w M31, 30 lat w LMC)
6 supernowych/100 lat w M83
w 2016 zanotowano 6394 supernowe, 882 skatalogowane liczne zautomatyzowane programy obserwacyjne
narastający chaos w nazewnictwie: SN1987T, 2015bn, 2016jgr, 2017ckj
Współczesne obserwacje
ostatnia supernowa w Galaktyce ponad 400 lat temu (ponad 130 lat w M31, 30 lat w LMC)
6 supernowych/100 lat w M83
w 2016 zanotowano 6394 supernowe, 882 skatalogowane liczne zautomatyzowane programy obserwacyjne
narastający chaos w nazewnictwie: SN1987T, 2015bn, 2016jgr, 2017ckj
Podstawowe informacje
jasność absolutna (z 10 pc) aż do -19.5m (równoważna całej galaktyce)
czas świecenia/wybuchu: 6 miesięcy — 2 lata
Podstawowe informacje
jasność absolutna (z 10 pc) aż do -19.5m (równoważna całej galaktyce)
czas świecenia/wybuchu: 6 miesięcy — 2 lata
Typowa supernowa produkuje ponad E = 1 foe ≡ 1051 erg = 1044 J energii promienistej i kinetycznej. Skąd się ona bierze?
Jest to energia równoważna:
1 masie Jowisza mJ ' 0.001M ze wzoru E = mc2;
podobną energię uzyskamy wrzucając go do czarnej dziury
2 syntezie termojądrowej:
1 M He/C/O lub 0.05 M wodoru (H)
3 1% energii potencjalnej kuli masie 1 M zapadającej się do promienia R = 10 km (E = −35GMR2; tzw. kolaps grawitacyjny )
4 rozpad promieniotwórczy izotopu o czasie połowicznego zaniku rzędu miesięcy w ilości równoważnej M
Typowa supernowa produkuje ponad E = 1 foe ≡ 1051 erg = 1044 J energii promienistej i kinetycznej. Skąd się ona bierze?
Jest to energia równoważna:
1 masie Jowisza mJ ' 0.001M ze wzoru E = mc2;
podobną energię uzyskamy wrzucając go do czarnej dziury
2 syntezie termojądrowej:
1 M He/C/O lub 0.05 M wodoru (H)
3 1% energii potencjalnej kuli masie 1 M zapadającej się do promienia R = 10 km (E = −35GMR2; tzw. kolaps grawitacyjny )
4 rozpad promieniotwórczy izotopu o czasie połowicznego zaniku rzędu miesięcy w ilości równoważnej M
Typowa supernowa produkuje ponad E = 1 foe ≡ 1051 erg = 1044 J energii promienistej i kinetycznej. Skąd się ona bierze?
Jest to energia równoważna:
1 masie Jowisza mJ ' 0.001M ze wzoru E = mc2;
podobną energię uzyskamy wrzucając go do czarnej dziury
2 syntezie termojądrowej:
1 M He/C/O lub 0.05 M wodoru (H)
3 1% energii potencjalnej kuli masie 1 M zapadającej się do promienia R = 10 km (E = −35GMR2; tzw. kolaps grawitacyjny )
4 rozpad promieniotwórczy izotopu o czasie połowicznego zaniku rzędu miesięcy w ilości równoważnej M
Typowa supernowa produkuje ponad E = 1 foe ≡ 1051 erg = 1044 J energii promienistej i kinetycznej. Skąd się ona bierze?
Jest to energia równoważna:
1 masie Jowisza mJ ' 0.001M ze wzoru E = mc2;
podobną energię uzyskamy wrzucając go do czarnej dziury
2 syntezie termojądrowej:
1 M He/C/O lub 0.05 M wodoru (H)
3 1% energii potencjalnej kuli masie 1 M zapadającej się do promienia R = 10 km (E = −35GMR2; tzw. kolaps grawitacyjny )
4 rozpad promieniotwórczy izotopu o czasie połowicznego zaniku rzędu miesięcy w ilości równoważnej M
Typowa supernowa produkuje ponad E = 1 foe ≡ 1051 erg = 1044 J energii promienistej i kinetycznej. Skąd się ona bierze?
Jest to energia równoważna:
1 masie Jowisza mJ ' 0.001M ze wzoru E = mc2;
podobną energię uzyskamy wrzucając go do czarnej dziury
2 syntezie termojądrowej:
1 M He/C/O lub 0.05 M wodoru (H)
3 1% energii potencjalnej kuli masie 1 M zapadającej się do promienia R = 10 km (E = −35GMR2; tzw. kolaps grawitacyjny )
4 rozpad promieniotwórczy izotopu o czasie połowicznego zaniku rzędu miesięcy w ilości równoważnej M
Hipernowe mają energie wybuchu od 10 do nawet 100 razy większe!
Zunifikowana klasyfikacja
astronomowie: widzimy tylko dwa typy supernowych
1 nie zawierające wodoru: typ I
2 zawierające wodór: typ II
astrofizycy: znamy tylko dwa odpowiednie źródła energii:
1 synteza termojądrowa: typ I
2 grawitacyjna energia potencjalna: typ II
Zunifikowana klasyfikacja
astronomowie: widzimy tylko dwa typy supernowych
1 nie zawierające wodoru: typ I
2 zawierające wodór: typ II
astrofizycy: znamy tylko dwa odpowiednie źródła energii:
1 synteza termojądrowa: typ I
2 grawitacyjna energia potencjalna: typ II
Zunifikowana klasyfikacja
astronomowie: widzimy tylko dwa typy supernowych
1 nie zawierające wodoru: typ I
2 zawierające wodór: typ II
astrofizycy: znamy tylko dwa odpowiednie źródła energii:
1 synteza termojądrowa: typ I
2 grawitacyjna energia potencjalna: typ II
Zunifikowana klasyfikacja
astronomowie: widzimy tylko dwa typy supernowych
1 nie zawierające wodoru: typ I
2 zawierające wodór: typ II
astrofizycy: znamy tylko dwa odpowiednie źródła energii:
1 synteza termojądrowa: typ I
2 grawitacyjna energia potencjalna: typ II
SUPERNOWA TERMOJĄDROWA Typ Ia
Wybuch termojądrowy
1 w 1952 pierwsza próba broni termojądrowej
2 supernowa termojądrowa (Fowler & Hoyle 1960)
3 z punktu widzenia energetycznego wszystko poniżej/powyżej
„żelaza” (Fe) nadaje się jako paliwo termojądrowe/jądrowe . . .
4 ... ale bez powodu gwiazdy/planety nie eksplodują
5 potrzebujemy zapalnika, z opóźnieniem mld lat!
Wybuch termojądrowy
1 w 1952 pierwsza próba broni termojądrowej
2 supernowa termojądrowa (Fowler & Hoyle 1960)
3 z punktu widzenia energetycznego wszystko poniżej/powyżej
„żelaza” (Fe) nadaje się jako paliwo termojądrowe/jądrowe . . .
4 ... ale bez powodu gwiazdy/planety nie eksplodują
5 potrzebujemy zapalnika, z opóźnieniem mld lat!
Wybuch termojądrowy
1 w 1952 pierwsza próba broni termojądrowej
2 supernowa termojądrowa (Fowler & Hoyle 1960)
3 z punktu widzenia energetycznego wszystko poniżej/powyżej
„żelaza” (Fe) nadaje się jako paliwo termojądrowe/jądrowe . . .
4 ... ale bez powodu gwiazdy/planety nie eksplodują
5 potrzebujemy zapalnika, z opóźnieniem mld lat!
Wybuch termojądrowy
1 w 1952 pierwsza próba broni termojądrowej
2 supernowa termojądrowa (Fowler & Hoyle 1960)
3 z punktu widzenia energetycznego wszystko poniżej/powyżej
„żelaza” (Fe) nadaje się jako paliwo termojądrowe/jądrowe . . .
4 ... ale bez powodu gwiazdy/planety nie eksplodują
5 potrzebujemy zapalnika, z opóźnieniem mld lat!
Wybuch termojądrowy
1 w 1952 pierwsza próba broni termojądrowej
2 supernowa termojądrowa (Fowler & Hoyle 1960)
3 z punktu widzenia energetycznego wszystko poniżej/powyżej
„żelaza” (Fe) nadaje się jako paliwo termojądrowe/jądrowe . . .
4 ... ale bez powodu gwiazdy/planety nie eksplodują
5 potrzebujemy zapalnika, z opóźnieniem mld lat!
Przykłady mechanizmu termojądrowego
pojedynczy biały karzeł powoli wysysający materię z towarzysza złączenie/zderzenie 2 białych karłów
Przejście spalania w detonację: click:[D-D-T]
Zlewanie się 2 białych karłów: click:[WD Merger]
SUPERNOWA IMPLOZYJNA Typy IIn, II-P, II-L, IIb, Ib, Ic, GRB
Źródło: The Dawn of a New Era for Supernova 1987a
Porażka modelu neutrinego (SN problem)
Animacja mechanizmu neutrinowego: [Light bulb] 5 godzin później:
[K. Kifonidis]
Podstawowe typy pozostałości po supernowych
sferyczna (ang. shell); z „uszami”?
asymetryczna
plerion (mgławica pulsarowa)
Podstawowe typy pozostałości po supernowych
sferyczna (ang. shell); z „uszami”?
asymetryczna
plerion (mgławica pulsarowa)
Podstawowe typy pozostałości po supernowych
sferyczna (ang. shell); z „uszami”?
asymetryczna
plerion (mgławica pulsarowa)
Podstawowe typy pozostałości po supernowych
sferyczna (ang. shell); z „uszami”?
asymetryczna
plerion (mgławica pulsarowa)
400 lat bez supernowej! Kiedy następna?
Źródło: http://www.stellarium.org/
Neutrina PRZED kolapsem grawitacyjnym
Motywacja do budowy lepszych detektorów antyneutrin!
Źródło: Neutrino Science with a Kiloton-Scale Water Detector, LLNL 2015
Confined dense circumstellar material surrounding a regular type II supernova. Nature Physics, 2017; DOI: 10.1038/nphys4025
Dziękuję za uwagę!
Supernowe implozyjne
produkują wszystkie gwiazdy neutronowe (pulsary)
pozostawiają czarne dziury o masach gwiazdowych, w tym ich układy podwójne
wytwarzają pierwiastki cięższe od żelaza w procesie r (bezpośrednio lub za pośrednictwem zderzeń gwiazd neutronowych)
Supernowe termojądrowe
wytwarzają większość pierwiastków od węgla/tlenu do żelaza stanowią najlepsze indykatory odległości kosmologicznych
Pozostałości po supernowych
przyspieszają promieniowanie kosmiczne zaburzają ośrodek międzygwiezdny
Cebulowa struktura pre-supernowej
Cebulowa struktura pre-supernowej
Cebulowa struktura pre-supernowej
Cebulowa struktura pre-supernowej
Cebulowa struktura pre-supernowej
Cebulowa struktura pre-supernowej
Z punktu widzenia astronoma
interesujące jest promieniowanie elektromagnetyczne (fotony) i kosmiczne (elektrony, protony, jądra, pozytony, neutrina) badamy obszary powierzchniowe (miliony kilometrów i więcej) kluczowe jest pytanie: w jakim otoczeniu doszło do wybuchu?
czas obserwacji: dni i lata
Z punktu widzenia astrofizyka
interesujące są neutrina i fale grawitacyjne badamy centrum gwiazdy (tysiąc kilometrów)
kluczowe jest pytanie o źródło energii i fizyczną przyczynę wybuchu
czas obserwacji: sekundy i minuty
Z punktu widzenia astronoma
interesujące jest promieniowanie elektromagnetyczne (fotony) i kosmiczne (elektrony, protony, jądra, pozytony, neutrina) badamy obszary powierzchniowe (miliony kilometrów i więcej) kluczowe jest pytanie: w jakim otoczeniu doszło do wybuchu?
czas obserwacji: dni i lata
Z punktu widzenia astrofizyka
interesujące są neutrina i fale grawitacyjne badamy centrum gwiazdy (tysiąc kilometrów)
kluczowe jest pytanie o źródło energii i fizyczną przyczynę wybuchu
czas obserwacji: sekundy i minuty
Z punktu widzenia astronoma
interesujące jest promieniowanie elektromagnetyczne (fotony) i kosmiczne (elektrony, protony, jądra, pozytony, neutrina) badamy obszary powierzchniowe (miliony kilometrów i więcej) kluczowe jest pytanie: w jakim otoczeniu doszło do wybuchu?
czas obserwacji: dni i lata
Z punktu widzenia astrofizyka
interesujące są neutrina i fale grawitacyjne badamy centrum gwiazdy (tysiąc kilometrów)
kluczowe jest pytanie o źródło energii i fizyczną przyczynę wybuchu
czas obserwacji: sekundy i minuty
Z punktu widzenia astronoma
interesujące jest promieniowanie elektromagnetyczne (fotony) i kosmiczne (elektrony, protony, jądra, pozytony, neutrina) badamy obszary powierzchniowe (miliony kilometrów i więcej) kluczowe jest pytanie: w jakim otoczeniu doszło do wybuchu?
czas obserwacji: dni i lata
Z punktu widzenia astrofizyka
interesujące są neutrina i fale grawitacyjne badamy centrum gwiazdy (tysiąc kilometrów)
kluczowe jest pytanie o źródło energii i fizyczną przyczynę wybuchu
czas obserwacji: sekundy i minuty
