Молодость проходит – это полбеды,

      оказалось – и старость проходит…

                           Александр Цыпкин

      Взрыв сверхновой – полное разрушение звезды.   Остаток взрыва сверхновой – расширяющаяся с огромной скоростью туманность. В некоторых случаях в центре туманности наблюдается сжавшееся до сверхплотного состояния ядро.

 "Сверхновые» - неудачный исторически сложившийся термин. «Новыми» называли неожиданно появляющиеся звезды. В действительности они существовали и раньше, но были менее яркими, поэтому их не замечали. Сейчас выделен целый класс звезд, блеск которых увеличивается в сотни тысяч раз из-за расширения и сброса атмосферы, но такие звезды остаются звездами, и этот процесс может повториться снова.

   Яркость «сверхновых» возрастает в десятки миллиардов раз, и они излучают, как целая галактика.

  Сверхновые (СН) обогащают Вселенную всеми химическими элементами, из которых состоим мы и окружающий нас мир. Разрушаясь, они стимулируют образование молодых звезд. Сверхновые типа СН1 служат индикаторами при определении расстояний до других галактик и для оценки скорости расширения Вселенной.

   Взрывы сверхновых – очень редкое явление, в галактике они происходят примерно раз в тысячу лет, но, к счастью, современные космические аппараты фиксируют сверхновые в разных галактиках.

    Основная масса звезд не взрывается, а умирает спокойно. Особенности взрыва определяются многими параметрами предсверхновых и в первую очередь массой звезды, так как основная действующая сила – гравитация. Важны и химический состав, и осевое вращение, и магнитное поле и др. Сверхновые, как и превращающиеся в них звезды, очень разнообразны. Хоть СН и делят на два типа (СН1 и СН2), но во многих случаях непонятно, к какому из них принадлежит сверхновая. Например, знаменитая Крабовидная туманность – содержит сравнительно малую массу, как СН1, но в ее спектре  наблюдаются широкие линии вдорода, что характерно для СН2.

    Мы ограничимся рассмотрением взрывов звезд СН2 с массами примерно 8 – 20 масс Солнца.

    В недрах предсверхновых звезд уже произошли термоядерные реакции образования химических элементов от гелия до железа (материал на нашем сайте «Звезды среднего возраста»). Все они идут с выделением энергии, ядро звезды разогревается до миллиарда градусов, при такой температуре многие ядра железа распадаются на альфа-частицы и нейтроны:

Эти реакции идут с поглощением энергии,  поэтому ядро звезды остывает и под действием гравитации сжимается, уплотняется. Сжимаясь, оно снова разогревается, включаются новые реакции, в том числе распада альфа-частиц с освобождением нейтронов, протонов и других частиц:

     В результате медленных и быстрых реакций захвата нейтронов еще сохранившимися ядрами (или их осколками) образуются более тяжелые элементы. Многие из них – неустойчивые, их распад и усиливающийся поток нейтрино также способствует дальнейшему охлаждению звездного ядра.

   Газовое давление в ядре уже не в состоянии противостоять гравитационному сжатию звезды. Размер ядра уменьшается до десятков километров. Звезда теряет устойчивость и за сотые доли секунды происходит  «взрыв внутрь» - имплозия. Температура достигает десятков миллиардов градусов, плотность - сотен миллионов тонн в кубич см. При таких условиях электроны объединяются с протонами, наступает нейтронизация всего звездного ядра. Происходят реакции типа

 с образованим электронных и мюонных нейтрино и антинейтрино, каждое из которых отнимает 10 – 20 МэВ энергии. Потоки нейтрино, покидающие звезду, так велики, что они за секунды уносят почти всю энергию взрыва. Дальнейшее сжатие  ядра звезды останавливается из-за давления вырожденного нейтронного газа,  также порожденного гравитацией, которая как бы сама сдерживает свою  силу.

    Атмосфера звезды к моменту взрыва в результате термоядерной эволюции превратилась в слоистую, в которой ближе к ядру звезды находятся самые тяжелые элементы (до железа), а выше с каждым слоем все более легкие до водорода. При катастрофическом сжатии ядра возникает зазор между ним и атмосферой. За несколько секунд атмосфера свободно спадает на твердую поверхность ядра, отражается от него и со скоростью в десятки тысяч км в сек устремляется вверх.

     От падения, сжатия, удара она разогревается, в ней бурно происходят термоядерные реакции с выделением энергии, часть энергии ей отдают вырывающиеся из ядра звезды потоки нейтрино, очевидно, большую роль играют возникшая турбулентность и магнитное поле. Газ атмоферы стремится наружу еще и потому, что там меньше плотность. Атмосфера так расширяется, что яркость звезды увеличивается в десятки миллиардов раз, а ее радиус во много раз превосходит радиус орбиты Земли!

  В результате атмосфера отрывается от звезды и превращается в расширяющуюся со скоростью в тысячи км в сек туманность.  Излучение ее состоит из двух компонентов: заполняющего туманность диффузного свечения и выделяющейся на его фоне  яркой сложной волокнистой структуры.

    Диффузное свечение – синхротронное, его создают заряженные чатицы (электроны, протоны, ионы), движущиеся с релятивистскими скоростями в расширяющемся от ядра магнитном поле. Вращаясь вокруг магнитных силовых линий, они теряют энергию на излучение во всех видах электромагнитных волн от радио до гамма. Чем более энергичная частица, тем более короткие волны она излучает, но, теряя энергию, она производит все более длинноволновое излучение, как говорят, «высвечивается».

    Почему же диффузное излучение остатков сверхновых продолжается сотни тысяч лет? Потому, что остаток взорвавшейся звезды - пульсар, подпитывает туманность. Вращающийся вокруг своей оси с периодом всего в сотые или тысячные доли секунды, он выбрасывает из полюсов сильнейшего магнитного поля потоки заряженных частиц, движущихся с релятивистскими скоростями – джеты. Теряя таким образом энергию, пульсар вращается все медленнее и превращается в обычную нейтронную звезду - маленькое темное остывающее тело.

     По поводу природы джетов высказываются многочисленные гипотезы, строятся различные математические модели, но пока природа джетов остается невыясненной. Не у всех сверхновых в центре остается сверхплотное тело. Оно может быть выброшено с большой скоростью в окружающее пространство из-за несимметричности взрыва.

    Волокнистая структура – остатки разметавшего взрывом вещества звезды. Их свечение тепловое – десятки миллионов градусов.

    Туманность – остаток взрыва сверхновой - расширяясь, захватывает, сжимает и разогревает окружающее ее межзвездное вещество, обогощает его всеми химическими элементами. Скорость ее распространения – тысячи км в сек. Постепенно за десятки тысяч лет она тормозится межзвездой средой, остывает и рассеивается в пространстве.

На этом пути вокруг нее в межзвездном веществе возникают волны плотности, способствующие звездообразованию (на нашем сайте статья «Как зажигаются звезды»). На фронтах таких волн наблюдаются цепочки ярких голубых и других молодых звезд. Это звезды следующего поколения. Они, как и Солнце, содержат в сотни раз больше химических элементов тяжелее водорода и гелия, чем первичные звезды.

    Физическим процессам в сверхновых и последствиям их взрывов посвящены многие тысячи статей и монографий. В 1987 году достигло Земли излучение сверхновой, которая взорвалась 163 000 лет тому назад в Большом Магеллановом облаке. Астрономам удалось не только зарегистрировать ее излучение во всех диапазонах от радио до гамма, но и впервые был воспринят поток нейтрино. Результаты  этих и многих других наблюдений подтверждают правильность их теоретических интерпретаций, кратко описанных в этой статье. И все же у астрофизиков возникает еще много вопросов, на которые предстоит ответить.