אסטרונומיה של שרידי סופרנובה

שריד סופרנובה, ערפילית שהושארה אחרי סופרנובה, פיצוץ מרהיב בו כוכב פולט את רוב המסה שלו בענן פסולת מתפשט באלימות. בשלב הבהיר ביותר של הפיצוץ, הענן המתרחב מקרין אנרגיה רבה ביום אחד כפי שעשתה השמש בשלושת מיליון השנים האחרונות. פיצוצים כאלה מתרחשים בערך כל 50 שנה בתוך גלקסיה גדולה. הם נצפו בתדירות נמוכה יותר בגלקסיית שביל החלב מכיוון שרובם הוסתרו על ידי ענני האבק המטשטשים. סופרנובות גלקטיות נצפו בשנת 1006 בלופוס, בשנת 1054 בטאורוס, בשנת 1572 בקאסיופיה (הנובא של טייצ'ו, שנקרא על שם טייצ'ו ברהה, המתבונן בו), ולבסוף בשנת 1604 בסרפנס, המכונה נובה של קפלר. הכוכבים התבהרו מספיק כדי להיות גלויים בשעות היום. הסופרנובה היחידה בעין בלתי מזוינת שהתרחשה מאז 1604 הייתה סופרנובה 1987A בענן המגלני הגדול (הגלקסיה הקרובה ביותר למערכת שביל החלב), שנראתה רק מחצי הכדור הדרומי. ב- 23 בפברואר 1987, התבהר כוכב-על כחול-כחול והפך בהדרגה לעוצמה שלישית, הנראה לעין בלילה, ומעקב אחר כך בכל רצועת אורך גל העומדת לרשות המדענים. הספקטרום הראה קווי מימן שהתרחבו במהירות של 12,000 קמ"ש, ואחריה תקופה ארוכה של ירידה איטית. ישנם 270 שרידי סופרנובה ידועים, כמעט כולם נצפים על ידי פליטת הרדיו החזקה שלהם, שיכולים לחדור אל תוך האבק המטשטש בגלקסיה.

• 

• 

שרידי סופרנובה חשובים מאוד למבנה הגלקסיות. הם מהווים מקור עיקרי לחימום של גז בין-כוכבי באמצעות הסערה המגנטית והזעזועים האלימים שהם מייצרים. הם המקור העיקרי לרוב היסודות הכבדים, החל מחמצן ומעלה. אם הכוכב המסיבי המתפוצץ עדיין נמצא בתוך הענן המולקולרי בו הוא נוצר, השריד המתרחב עשוי לדחוס את הגז הבין-כוכבי שמסביב ולהפעיל היווצרות כוכבים לאחר מכן. השרידים מכילים גלי הלם חזקים היוצרים חוטים של חומר הפולט פוטוני קרני גאמא עם אנרגיות עד 10 ¹⁴ וולט אלקטרונים ומאיץ אלקטרונים וגרעין אטומי עד לאנרגיות קרניים קוסמיות, מ 10 ⁹ עד 10 ¹⁵ וולט אלקטרונים לחלקיק. בשכונה הסולארית קרניים קוסמיות אלה נושאות אנרגיה לא פחות מ"ק כמו אור כוכבים במטוס הגלקסיה, והן נושאות אותה אלפי שנות אור מעל המטוס.

חלק גדול מהקרינה משרידי סופרנובה היא קרינת סינכרוטרון, המיוצרת על ידי אלקטרונים המסתחררים בשדה מגנטי כמעט במהירות האור. קרינה זו שונה באופן דרמטי מהפליטה מאלקטרונים הנעים במהירויות נמוכות: היא (1) מרוכזת חזק בכיוון קדימה, (2) פרושה על פני מגוון רחב של תדרים, כאשר התדר הממוצע עולה עם אנרגיית האלקטרונים, (3) מקוטב מאוד. אלקטרונים בעלי אנרגיות רבות ומגוונות מייצרים קרינה בעצם בכל אורכי הגל, החל מרדיו דרך אינפרא אדום, אופטי ואולטרה סגול ועד קרני רנטגן וגמא.

כ- 50 שרידי סופרנובה מכילים פולסרים, שרידי כוכב הנויטרונים המסתובבים של הכוכב המסיבי לשעבר. השם מקורו בקרינה פועמת באופן קבוע במיוחד המתפשטת לחלל בקורה צרה הגולפת על פני המתבונן בדומה לקורה ממגדלור. ישנן כמה סיבות לכך שרוב שרידי הסופרנובה אינם מכילים פולסרים גלויים. אולי הפולסאר המקורי נפלט מכיוון שהיה רתיעה מפיצוץ א-סימטרי, או שהסופרנובה יצרה חור שחור במקום פולסר, או שקרן הפולסר המסתובבת לא חולפת על פני מערכת השמש.

שרידי סופרנובה מתפתחים דרך ארבעה שלבים כשהם מתרחבים. בהתחלה הם מתרחבים בצורה כה אלימה שהם פשוט סוחפים לפניהם את כל החומר הבין-כוכבי הישן, מתנהגים כאילו הם מתרחבים לוואקום. הגז ההלם, שחומם למיליוני קלווינים בעקבות הפיצוץ, אינו מקרין את אנרגליו היטב ונראה רק בצילומי רנטגן. שלב זה נמשך בדרך כלל כמה מאות שנים, לאחר מכן זמן המעטפת רדיוס של כעשר שנות אור. כאשר מתרחשת ההתפשטות, מעט אנרגיה הולכת לאיבוד, אך הטמפרטורה יורדת מכיוון שאותה אנרגיה מתפשטת לנפח גדול יותר ויותר. הטמפרטורה התחתונה מעדיפה פליטה רבה יותר, ובשלב השני שריד הסופרנובה מקרין את האנרגיה שלו בשכבות החיצוניות והקרירות ביותר. שלב זה יכול להימשך אלפי שנים. השלב השלישי מתרחש לאחר שהקליפה סחפה מסה של חומר בין-כוכבים זהה לזה או גדול ממנו; ההתרחבות האטה אז באופן משמעותי. החומר הצפוף, לרוב הבין-כוכבי בקצהו החיצוני, מקרין את אנרגייתו שנותרה במשך מאות אלפי שנים. השלב האחרון מגיע כאשר הלחץ בתוך שריד הסופרנובה הופך לדומה ללחץ המדיום הבין-כוכבי מחוץ לשריד, כך שהשארית מאבדת מזהותה המובהקת. בשלבי ההתפשטות המאוחרים, השדה המגנטי של הגלקסיה חשוב בקביעת תנועות הגז המתרחב חלש. גם לאחר שרוב החומר התמזג עם המדיום הבין-כוכבי המקומי, יתכנו אזורים שנותרו גז חם מאוד המייצרים קרני רנטגן רכות (כלומר, אלה של כמה מאות וולט אלקטרונים) שניתן לראותם באופן מקומי.

הסופרנובות הגלקטיות האחרונות שנצפו נמצאות בשלבים הראשונים של האבולוציה שהוצעו לעיל. באתרי הרומנים של קפלר וטיצ'ו קיימים עננים מעורפלים כבדים, והחפצים האופטיים שנותרו הם כיום קשרים לא בולטים של גז זוהר. בסמוך לנובא של טייצ'ו, בקסיופיאה, ישנם חישות דומות שאינן חשובות באופן אופטי שנראות כמו שרידים לפיצוץ סופרנובה נוסף. אולם לטלסקופ רדיו המצב שונה בצורה מרהיבה: שריד קסיופיאה הוא מקור הרדיו החזק ביותר בשמים כולה. עיון בשריד זה, שנקרא Cassiopeia A, מגלה כי התרחש שם פיצוץ סופרנובה בסביבות 1680, שפספסו על ידי המשקיפים בגלל האבק המטשטש.

שרידי סופרנובה בולטים