Supernova-Überrest - Supernova remnant

SN 1054 Rest ( Krabbennebel ).

Ein Supernova-Überrest ( SNR ) ist die Struktur, die aus der Explosion eines Sterns in einer Supernova resultiert . Der Supernova-Überrest wird von einer expandierenden Stoßwelle begrenzt und besteht aus ausgestoßenem Material, das sich bei der Explosion ausdehnt, und dem interstellaren Material, das es aufwärts fegt und auf seinem Weg schockt.

Es gibt zwei übliche Wege zu einer Supernova : Entweder geht einem massereichen Stern der Brennstoff aus, er hört auf, in seinem Kern Fusionsenergie zu erzeugen, und kollabiert unter der Kraft seiner eigenen Schwerkraft nach innen, um einen Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch zu bilden ; oder ein weißer Zwerg Stern kann accrete Material von einem Begleitstern , bis er eine kritische Masse erreicht und erfährt eine thermonukleare Explosion.

In beiden Fällen schleudert die resultierende Supernova-Explosion viel oder das gesamte Sternmaterial mit Geschwindigkeiten von bis zu 10 % der Lichtgeschwindigkeit (oder etwa 30.000 km/s). Diese Geschwindigkeiten sind stark überschallt , so dass sich vor dem Auswurf eine starke Stoßwelle bildet. Das heizt das stromaufwärts gelegene Plasma auf Temperaturen weit über Millionen K auf. Der Schock verlangsamt sich mit der Zeit kontinuierlich, während er das umgebende Medium mitreißt, aber er kann sich über Hunderte oder Tausende von Jahren und über Dutzende von Parsec ausdehnen, bevor seine Geschwindigkeit unter die lokale Schallgeschwindigkeit.

Einer der am besten beobachteten jungen Supernova-Überreste wurde von SN 1987A gebildet , einer Supernova in der Großen Magellanschen Wolke , die im Februar 1987 beobachtet wurde. Andere bekannte Supernova-Überreste sind der Krebsnebel ; Tycho, der Überrest von SN 1572 , benannt nach Tycho Brahe, der die Helligkeit seiner ursprünglichen Explosion aufzeichnete; und Kepler, der Rest von SN 1604 , benannt nach Johannes Kepler . Der jüngste bekannte Überrest in unserer Galaxie ist G1.9+0.3 , der im galaktischen Zentrum entdeckt wurde.

Etappen

Ein SNR durchläuft bei seiner Expansion die folgenden Phasen:

  1. Freie Ausdehnung der Ejekta, bis sie ihr Eigengewicht im zirkumstellaren oder interstellaren Medium aufheben . Dies kann je nach Dichte des umgebenden Gases zehn bis einige hundert Jahre dauern.
  2. Aufwirbeln einer Hülle aus geschocktem zirkumstellarem und interstellarem Gas. Damit beginnt die Sedov-Taylor-Phase, die durch eine selbstähnliche analytische Lösung (siehe Druckwelle ) gut modelliert werden kann . Starke Röntgenstrahlung verfolgt die starken Stoßwellen und das heiße Stoßgas.
  3. Abkühlung der Schale, um eine dünne (< 1  pc ) dichte Schale (1 bis 100 Millionen Atome pro Kubikmeter) zu bilden, die das heiße (wenige Millionen Kelvin) Innere umgibt. Dies ist die druckgetriebene Schneepflugphase. Die Hülle ist in der optischen Emission durch die Rekombination von ionisierten Wasserstoff- und ionisierten Sauerstoffatomen deutlich zu erkennen .
  4. Kühlung des Innenraums. Die dichte Hülle dehnt sich aus eigener Kraft weiter aus. Dieses Stadium ist am besten in der Radioemission von neutralen Wasserstoffatomen zu sehen.
  5. Verschmelzung mit dem umgebenden interstellaren Medium. Wenn sich der Supernova-Überrest auf die Geschwindigkeit der Zufallsgeschwindigkeiten im umgebenden Medium verlangsamt, wird er nach etwa 30.000 Jahren in die allgemeine turbulente Strömung übergehen und seine verbleibende kinetische Energie zur Turbulenz beitragen.
Supernova-Überrestejekta, die planetenbildendes Material produzieren

Arten von Supernova-Überresten

Es gibt drei Arten von Supernova-Überresten:

  • Muschelartig, wie Cassiopeia A
  • Composite, bei dem eine Schale einen zentralen Pulsar- Windnebel enthält , wie z. B. G11.2-0.3 oder G21.5-0.9.
  • Gemischte Morphologie (auch "thermischer Verbund" genannt) Überreste, in denen eine zentrale thermische Röntgenstrahlung zu sehen ist, umgeben von einer Radiohülle. Die thermischen Röntgenstrahlen stammen hauptsächlich von aufgewirbeltem interstellarem Material und nicht von Supernova-Ejekta. Beispiele dieser Klasse umfassen die SNRs W28 und W44. (Verwirrend enthält W44 zusätzlich einen Pulsar und Pulsarwind-Nebel, so dass es gleichzeitig sowohl eine „klassische“ composite und einen thermischen Verbund.)
Supernova-Überreste
HBH 3 ​​( Spitzer Weltraumteleskop ; 2. August 2018)
G54.1+0.3 (16. November 2018)

Überreste, die nur durch deutlich höhere Ausstoßenergien als eine Standard-Supernova erzeugt werden konnten, werden Hypernova-Überreste genannt , nach der hochenergetischen Hypernova- Explosion, von der angenommen wird, dass sie sie erzeugt hat.

Ursprung der kosmischen Strahlung

Supernova-Überreste gelten als die Hauptquelle der galaktischen kosmischen Strahlung . Die Verbindung zwischen kosmischer Strahlung und Supernovae wurde zuerst von vorgeschlagen Walter Baade und Fritz Zwicky 1934 Vitaly Ginzburg und Sergei Syrovatskii 1964 bemerkt , dass , wenn die Effizienz der kosmischen Strahlung Beschleunigung in Supernova - Überresten etwa 10 Prozent, die die kosmische Strahlung Verluste der Milch Weg werden entschädigt. Unterstützt wird diese Hypothese durch einen speziellen Mechanismus namens "Shock Wave Acceleration", der auf den Ideen von Enrico Fermi basiert und sich noch in der Entwicklung befindet.

1949 schlug Fermi ein Modell für die Beschleunigung der kosmischen Strahlung durch Teilchenkollisionen mit magnetischen Wolken im interstellaren Medium vor . Dieser als " Fermi-Mechanismus zweiter Ordnung " bekannte Vorgang erhöht die Teilchenenergie bei Frontalkollisionen, was zu einem stetigen Energiegewinn führt. Ein späteres Modell zur Herstellung der Fermi-Beschleunigung wurde durch eine starke Stoßfront erzeugt, die sich durch den Weltraum bewegte. Partikel, die wiederholt die Vorderseite des Stoßdämpfers überqueren, können einen erheblichen Energiezuwachs erzielen. Dies wurde als "Fermi-Mechanismus erster Ordnung" bekannt.

Supernova-Überreste können die energetischen Stoßfronten bereitstellen, die erforderlich sind, um kosmische Strahlung mit ultrahoher Energie zu erzeugen. Die Beobachtung des SN 1006- Restes im Röntgenstrahl hat eine Synchrotron-Emission gezeigt, die damit vereinbar ist, dass es eine Quelle kosmischer Strahlung ist. Für Energien über etwa 10 18 eV ist jedoch ein anderer Mechanismus erforderlich, da Supernova-Überreste nicht genügend Energie liefern können.

Es ist noch unklar, ob Supernova-Überreste die kosmische Strahlung auf PeV-Energien beschleunigen. Das zukünftige Teleskop CTA wird helfen, diese Frage zu beantworten.

Siehe auch

Verweise

Externe Links