Nova (wybuch na białym karle) — definicja, przyczyny i przykłady
Nova — potężny wybuch na białym karle: definicja, przyczyny, mechanizm akrecji i znane przykłady (RS Ophiuchi, Nova Cygni, V1280 Scorpii, Nova Delphini).
Nova (liczba mnoga novae lub novas) to gwałtowny, termojądrowy wybuch na powierzchni białej gwiazdy karłowatej, powodujący nagłe i znaczne rozjaśnienie obiektu. Zjawisko to jest wynikiem akrecji materii z gwiazdy towarzyszącej w układzie podwójnym i nie należy go mylić z całkowicie innymi zjawiskami, jak supernowe, które oznaczają zniszczenie całej gwiazdy.
Mechanizm powstawania
W większości nowości biały karzeł znajduje się w układzie podwójnym. Jeśli gwiazdy są wystarczająco blisko, materia — głównie wodór — jest transferowana ze towarzysza na powierzchnię białego karła. Nagromadzenie tej warstwy wodoru prowadzi do gwałtownej, niekontrolowanej reakcji termojądrowej (runaway fusion) na powierzchni białego karła. W efekcie część zgromadzonego materiału zostaje wyrzucona w przestrzeń kosmiczną, a układ nagle staje się dużo jaśniejszy.
Charakterystyka wybuchu
- Masy wyrzucanego materiału: typowo rzędu 10−4 masy Słońca (około 1/10 000 masy słonecznej). Jest to niewielka część masy samego białego karła.
- Stopień spalania: tylko niewielki procent zgromadzonego paliwa (rzędu kilku procent) rzeczywiście ulega przemianie termojądrowej podczas wybuchu.
- Prędkości wyrzutów: gazy wyrzucone podczas nowy osiągają prędkości od kilkuset do kilku tysięcy km/s, w zależności od konkretnego zdarzenia.
- Wzrost jasności: jasność układu może wzrosnąć o kilka do kilkudziesięciu tysięcy razy w porównaniu z jasnością przed wybuchem (przy niektórych nowach osiągając rzędy 50 000–100 000 L☉).
- Promieniowanie wysokoenergetyczne: w 2010 r. Kosmiczny Teleskop Fermi (misja NASA) po raz pierwszy zarejestrował promieniowanie gamma o energii >100 MeV pochodzące z nowy (przykład: V407 Cyg), co zaskoczyło astronomów i wskazało na dodatkowe mechanizmy przyspieszania cząstek w wybuchu.
Typy now
Wyróżnia się m.in.:
- Nowe klasyczne — obserwowane zwykle raz w danym układzie na przestrzeni setek lub tysięcy lat.
- Nowe rekurencyjne — układy, w których wybuchy powtarzają się w krótszych odstępach czasu (lata–dziesiątki lat). Przykładem jest RS Ophiuchi, który wybuchał wielokrotnie (1898, 1933, 1958, 1967, 1985 i 2006).
- Nowe symbiotyczne — zachodzą w układach zawierających czerwonego olbrzyma i białego karła; w takich przypadkach interakcje wyrzutu z silnym wiatrem towarzysza mogą prowadzić do emisji promieniowania rentgenowskiego i gamma.
Warto też odróżnić nowy od tzw. dwarf novae (jaśnienia typu karłowego), które wynikają nie z reakcji termojądrowych, lecz ze zmian w dysku akrecyjnym otaczającym białego karła.
Możliwość przejścia w supernową
Jeśli biały karzeł akumuluje masę w wyniku wielokrotnej akrecji (lub w wyniku zlania się dwóch białych karłów), może zbliżyć się do granicy Chandrasekhara. W takim przypadku możliwe jest wywołanie katastrofalnej termojądrowej eksplozji — supernowej typu Ia — która niszczy cały biały karzeł. Nie wszystkie nowy prowadzą do takiego zakończenia; wiele układów po wybuchu powraca do stanu akrecyjnego i może generować kolejne nowy.
Przykłady widzialnych now
Czasami nova jest wystarczająco jasna i bliska, aby mogła być dostrzeżona gołym okiem. Historyczne i współczesne przykłady to m.in.:
- Nova Cygni 1975 — pojawiła się 29 sierpnia 1975 r. w gwiazdozbiorze Łabędź (Cygnus), około pięciu stopni na północ od Deneb, osiągając jasność około 2,0 mag.
- V1280 Scorpii — jaśniała 17 lutego 2007 r., osiągając około 3,7 mag.
- Nova Delphini 2013 — jasna nova odkryta w 2013 r.
- Nova Centauri 2013 — odkryta 2 grudnia 2013 r., osiągnęła jasność około 3,3 mag i była jedną z najjaśniejszych now tego tysiąclecia.
Częstość występowania
Astronomowie szacują, że w Drodze Mlecznej dochodzi do około 30–60 now rocznie, z prawdopodobną wartością średnią rzędu ~40/rok. Jednak z powodu zasłonięcia przez pył, gęstości gwiazd i ograniczeń w obserwacjach, tylko część z tych zdarzeń jest faktycznie wykrywana — obserwowana liczba now w naszej galaktyce to zwykle około 10 rocznie. W pobliskiej Galaktyce Andromedy wykrywa się rocznie około 25 now jaśniejszych niż 20. wielkość, zaś w dalszych pobliskich galaktykach liczby te są odpowiednio mniejsze.
Znaczenie naukowe
Badanie now pozwala zrozumieć procesy akrecji, termojądrowe reakcje w warunkach niskiego ciśnienia, dynamikę wyrzutu i interakcje wyrzutów z otoczeniem. Obserwacje w szerokim zakresie długości fal — od fal radiowych, przez optyczne i rentgenowskie, po promieniowanie gamma — dostarczają informacji o przyspieszaniu cząstek, strukturze wydzielonej otoczki i ewentualnej ewolucji układu w kierunku supernowej typu Ia.
Artystyczna koncepcja białego karła wyciągającego wodór z większego towarzysza
Pytania i odpowiedzi
P: Co to jest nova?
O: Nowa to ogromny wybuch jądrowy na gwieździe typu biały karzeł, który powoduje nagłe rozjaśnienie gwiazdy.
P: Jak dużo materiału jest wyrzucane w nowiu?
O: Ilość materii wyrzucanej w nowiu wynosi zazwyczaj tylko około 1/10 000 masy Słońca, co jest dość małą wartością w stosunku do masy białego karła.
P: Jak szybko przemieszcza się wyrzut z Nowej?
O: Wyrzut z Novej może poruszać się z prędkością nawet kilku tysięcy kilometrów na sekundę, a w przypadku niektórych Novae nawet z większą.
P: Jak jasne mogą być nowele?
O: Nowa może być nawet 50 000-100 000 razy jaśniejsza od Słońca.
P: Jaki był ostatnio najjaśniejszy przykład nowiu?
O: Najjaśniejszą nowością była Nova Cygni 1975, która pojawiła się 29 sierpnia 1975 roku i osiągnęła magnitudo 2,0 (prawie tak jasne jak Deneb).
P: Jak się szacuje, ile Nów powstaje w Drodze Mlecznej każdego roku?
O: Astronomowie szacują, że każdego roku w Drodze Mlecznej powstaje około 30-60 Nów, przy czym średnia ich liczba wynosi 40.
P: Ile nowiu odkrywa się każdego roku w innych galaktykach, takich jak Andromeda?
O: Co roku w Galaktyce Andromedy odkrywa się około 25 nowiu jaśniejszych od magnitudo 20, a w innych pobliskich galaktykach obserwuje się mniejsze liczby.
Przeszukaj encyklopedię