Resturile unei supernove reprezinta ramasitele exploziei unei supernove. Aceste resturi de supernove sunt extrem de importante pentru modul in care intelegem galaxia in care locuim. Ele incalzesc mediul interstelar, distribuie elementele grele in intreaga galaxie si accelereaza razele cosmice. Cum se clasifica resturile de supernove? Exista trei clase de resturi de supernove, si anume:
• Resturi de tip invelis: Bucla Cygnus este un exemplu al acestui tip de ramasita. Pe masura ce unda de soc de la explozia supernovei se deplaseaza prin spatiu, aceasta incalzeste si agita orice material interstelar pe care il intalneste, care produce un invelis mare de material fierbinte in spatiu. In acest tip de ramasita a unei supernove se poate vedea o structura ca un inel. Acest lucru se datoreaza faptului ca, atunci cand privim invelisul, exista mai mult gaz fierbinte in linia noastra de vedere pe margini, decat atunci cand ne uitam la el prin mijloc. Astronomii numesc acest fenomen “stralucire la nivelul membrelor”.
• Resturi de tip crab: aceste ramasite sunt numite si nebuloase de vant pulsar si arata mai mult ca o “pata” decat ca un “inel”, spre deosebire de resturile de tip invelis. Nebuloasele sunt umplute cu electroni de mare energie care sunt aruncati dintr-un pulsar aflat in mijloc. Acesti electroni interactioneaza cu campul magnetic intr-un proces numit “radiatie sincrotrona”, si emit raze x, lumina vizibila si unde radio. Cea mai faimoasa nebuloasa de acest gen este nebuloasa Crabul, de unde provine si numele resturilor de acest tip.
• Resturile compuse: aceste ramasite sunt o incrucisare dintre resturile de tip invelis si resturile de tip crab. Ele au aspectul unui invelis sau al unui crab, sau ambele, in functie de partea spectrului electromagnetic in care sunt observate. Exista doua tipuri de resturi compuse: termice si plerionice.
o Resturile compuse termice au aspectul celor de tip invelis in banda de frecvente radio (radiatia sincrotrona). Insa, in raze x, acestea au aspectul celor de tip crab – spre deosebire de resturile de tip crab, spectrul de raze x al resturilor termice au linii spectrale, care indica gazul fierbinte.
o Resturile compuse plerionice au aspectul celor de tip crab atat in banda de frecventa radio, cat si in cea de raze x, insa acestea au si invelisuri. Spectrul de raze x din centru nu are linii spectrale, dar spectrul de raze x din apropierea invelisului are aceste linii spectrale.
Vasta ramasitei unei supernove
Daca explozia supernovei a fost inregistrata in istorie, cum este cazul multor resturi de supernove care au mai putin de 1000 de ani, cunoastem varsta acelei ramasite. Cu toate acestea, uneori, istoricii nu sunt siguri daca o “stea oaspete” inregistrata a fost o supernova sau daca a fost aceeasi supernova ca si ramasita care ii corespunde. Prin urmare, este important sa putem estima varsta acestor resturi de supernove. O modalitate usoara de a ghici varsta unei ramasite de supernova este masurand temperatura gazului fierbinte cu ajutorul spectroscopiei cu raze x. Din aceasta observatie se poate estima viteza undei de soc, iar din viteza undei de soc se poate deduce apoi varsta ramasitei. Aceasta metoda functioneaza deoarece viteza undei de soc incetineste in timp, pe masura ce inghite tot mai mult material si se raceste. Aceasta metoda este usoara, insa nu este prea exacta, deoarece exista un numar de procese complexe care pot incalzi sau raci gazul, procese care sunt independente de viteza undei de soc.
O metoda mai buna, care functioneaza in cazul celor mai tinere resturi de supernove, este prin masurarea expansiunii sale in timp si aplicarea unei ecuatii (rata x timp = distanta). De exemplu, daca am observat o ramasita a unei supernove acum 20 de ani si azi, am avea doua imagini facute la distanta de 20 de ani. Comparand dimensiunile celor doua imagini si impartind diferenta de 20 de ani, se obtine rata la care ramasita supernovei se extinde. De exemplu, daca ramasita supernovei s-a extins cu 5% in perioada de 20 de ani, atunci rata expansiunii va fi de 0,25 pe an. Deoarece ramasita supernovei a crescut cu 100% de cand a explodat, varsta sa poate fi calculata prin urmatoarea metoda: timpul = 100/ (0,25/an) = 400 de ani. Avand in vedere exemplul de mai sus, putem afirma ca explozia supernovei a avut loc acum mai putin de 400 de ani, deoarece este destul de probabil ca rata expansiunii ramasitei sa fi incetinit de la explozie.
Importanta resturilor de supernove
Resturile de supernove au un impact foarte mare asupra ecologiei Caii Lactee. Daca nu ar fi existat resturile de supernove, nu ar fi existat nici Pamantul si, prin urmare, nici plante, animale sau oameni. Acest lucru se datoreaza faptului ca elementele mai grele decat fierul au fost create in cadrul exploziilor supernovelor, prin urmare, singurul motiv pentru care gasim aceste elemente in sistemul solar si pe Pamant (sau orice alt sistem extrasolar) este datorita lor. Gazul care umple discul Caii Lactee se numeste mediu interstelar. In partea galaxiei unde mediul interstelar este mai dens (de exemplu, in bratele spirala ale galaxiei), gazul se poate prabusi in aglomerari. Aglomerarile care se afla peste masa critica (undeva intre masa soarelui si masa lui Jupiter) vor aprinde fuziunea nucleara, cand vor suferi un colaps gravitational, formand stele. Prin urmare, compozitia chimica a mediului interstelar devine compozitia chimica a urmatoarei generatii de stele. Deoarece resturile de supernove introduc ejectiile supernovei (inclusiv elementele nou formate) in mediul interstelar, daca nu ar fi existat resturile de supernove, sistemul nostru solar cu planetele sale terestre nu s-ar fi putut forma niciodata.
In plus fata de imbogatirea galaxiilor cu elemente grele, resturile de supernove elibereaza si o mare cantitate de energie in mediul interstelar (1028 de megatone pe supernova). Pe masura ce unda de soc se deplaseaza spre exterior, aceasta inunda un volum mare de mediu interstelar, influentandu-l in doua moduri principale:
• Unda de soc incalzeste gazul pe care il intalneste, ridica temperatura generala a mediului interstelar si, deasemenea, face ca unele parti ale galaxiei sa fie mai fierbinti. Aceste diferente in temperatura ajuta Calea Lactee sa ramana un mediu interesant si activ.
• Unda de soc accelereaza electronii, protonii si ionii pana la viteze foarte apropiate de cea a luminii. Acest fenomen este foarte important, deoarece originea razelor cosmice galactice este una din marile probleme nerezolvate din astrofizica. Majoritatea astronomilor cred ca cea mai mare parte a razelor cosmice din galaxia noastra au facut parte din gazul din mediul interstelar pana cand au fost prinse in unda de soc a unei supernove. Fiind agitate inainte si inapoi in unda de soc, aceste particule castiga energie si devin raze cosmice. Cu toate acestea, astronomii inca dezbat pana la ce energie maxima resturile de supernove pot accelera razele cosmice.
Alte beneficii
Stadiile vietii unei ramasite de supernova reprezinta un domeniu de studiu curent. Totusi, teoriile de baza au produs o analiza in trei faze a evolutiei resturilor de supernove, si anume:
• In prima faza, de expansiune libera, frontul expansiunii este format de unda de soc care interactioneaza cu mediul interstelar. Aceasta faza se caracterizeaza printr-o temperatura constanta in interiorul ramasitei supernovei si o viteza de expansiune constanta a invelisului. Aceasta faza dureaza timp de cateva sute de ani.
• In timpul celei de-a doua faze, cunoscuta si drept faza Sedov sau adiabatica, materialul ramasitei incepe sa incetineasca si sa se raceasca. In aceasta faza, invelisul principal al ramasitei este instabil, iar ejectiile ramasitei ajung sa se amestece cu gazul care tocmai a fost agitat de unda de soc initiala. Aceasta amestecare imbunatateste de asemenea campul magnetic din interiorul invelisului ramasitei. Faza a doua dureaza intre 10 000 si 20 000 de ani.
• Cea de-a treia faza, numita faza radiativa, incepe dupa ce invelisul s-a racit pana la 106 K. In aceasta faza, electronii incep sa se recombine cu atomii mai grei (cum ar fi oxigenul), pentru ca invelisul sa radieze energie intr-un mod mai eficient. Aceasta, la randul sau, raceste invelisul mai repede, facandu-l sa se micsoreze si sa devina mai dens. Cu cat invelisul se raceste mai mult, cu atat mai multi atomi se pot recombina, creand un efect de bulgare de zapada. Datorita acestui efect de bulgare de zapada, ramasita supernovei isi dezvolta rapid un invelis subtire si radiaza cea mai mare parte a energiei sale sub forma luminii optice. Acum viteza scade din nou. Expansiunea catre exterior se opreste, iar ramasita supernovei incepe sa se prabuseasca sub propria gravitatie. Aceasta faza dureaza cateva sute de mii de ani. Dupa milioane de ani, ramasita supernovei va fi absorbita in mediul interstelar datorita instabilitatilor Rayleigh-Taylor care sfasie materialul din invelisul exterior al acesteia.
