Den kända historien om supernovor går tillbaka till 185 e.Kr. e. när supernovan SN 185 dök upp , vilket är det allra första uppträdandet av en supernova som registrerats av mänskligheten . Sedan dess har flera andra supernovaexplosioner registrerats i Vintergatans galax . SN 1604 , som dök upp 1604, är den senaste supernovan som observerats med blotta ögat i vår galax [1] .
Med tillkomsten av teleskopet har området för upptäckt av supernovor expanderat till andra galaxer. Dessa fenomen ger viktig information om avstånd, inklusive mellan galaxer. Senare utvecklades framgångsrika modeller av supernovornas beteende, vilket ledde till en större förståelse för supernovornas roll i stjärnbildningsprocessen i universum . Enligt moderna vetenskapliga åsikter delas supernovor in i två klasser enligt explosionsmekanismen - termonukleär explosion och kärnkollaps [2] .
Supernovaexplosionen som bildade supernovaresten i Parusa inträffade med största sannolikhet för 10 000-20 000 år sedan [3] .
Den tidigaste registrerade supernovan, känd som HB9 , kan ha upptäckts och registrerats av okända indiska observatörer vid 4500 ± 1000 f.Kr. före Kristus e. [fyra]
År 185 e.Kr. registrerade astronomer utseendet av en ljus stjärna på himlen och märkte att det hade gått cirka åtta månader innan den försvann från himlen. Det har observerats att föremålet gnistrar som en stjärna och inte rör sig över himlen som en komet [5] [6] . Dessa observationer överensstämmer med förekomsten av en supernova, och man tror att detta är den äldsta bekräftade registreringen av en supernova gjord av mänskligheten. Utbrottet av SN 185 kunde också ha beskrivits i romersk litteratur, men inga uppgifter har överlevt [7] . Det gasformiga höljet av RCW 86 tros vara kvarlevan av denna händelse, och nyare röntgenstudier visar en matchning med den förväntade åldern [8] . Utbrottet beskrevs också i History of the Later Han Empire , som berättar om Kinas historia från 25 till 220 AD [9] .
År 393 e.Kr e. kineserna har registrerat utseendet på en annan "gäststjärna", SN 393 , i den moderna konstellationen Skorpionen [1] [10] . Ytterligare obekräftade supernovaexplosioner kan ha observerats år 369 e.Kr. e. (osannolik supernova [11] ), 386 CE e. (också osannolikt [11] ), 437 e.Kr e. 827 AD e. och 902 e.Kr e. [1] Emellertid är de ännu inte associerade med supernovarester och förblir därför bara supernovakandidater. Under en period på omkring 2 000 år har kinesiska astronomer registrerat totalt tjugo sådana kandidathändelser, inklusive senare explosioner noterade av islamiska, europeiska och möjligen indiska och andra observatörer [1] [12] .
Supernova SN 1006 dök upp i den södra konstellationen vargen 1006 e.Kr. Det var den ljusaste registrerade stjärnan som någonsin dykt upp på natthimlen, och dess närvaro har noterats i Kina, Egypten , Irak , Italien , Japan och Schweiz . Händelsen kan också ha noterats i Frankrike , Syrien och Nordamerika . Den egyptiske astrologen Ali ibn Ridwan kallade ljusstyrkan hos denna stjärna lika med en fjärdedel av månens ljusstyrka . Moderna astronomer har upptäckt en svag kvarleva av denna explosion och har bestämt att den bara var 7 100 ljusår från jorden [13] .
Supernova SN 1054 var en annan allmänt observerad händelse: astronomer registrerade uppkomsten av en stjärna 1054. Kanske har händelsen också registrerats, tillsammans med andra supernovor, av förfäderna till Puebloans i moderna New Mexico i form av en hällristning i form av en fyruddig stjärna [14] . Denna explosion inträffade i stjärnbilden Oxen , där resterna av Krabbnebulosan bildades . På sin höjdpunkt kunde SN 1054 ha varit fyra gånger så ljusstark som Venus , förbli synlig i dagsljus i 23 dagar och synlig på natthimlen i 653 dagar [15] [16] .
Det finns färre uppgifter om supernovan SN 1181 , som inträffade i stjärnbilden Cassiopeia drygt ett sekel efter SN 1054. Denna händelse uppmärksammades dock av kinesiska och japanska astronomer. Pulsar 3C58 kan vara en stjärnrelik från denna händelse [17] . Händelsen diskuterades i forskarsamhället under lång tid [18] [19] [20] och 2021 antogs det att det var upptäckten av en Wolf-Rayet-stjärna och inte en supernovaexplosion [21] .
Den danske astronomen Tycho Brahe var känd för sina noggranna observationer av natthimlen från sitt observatorium på ön Ven . År 1572 noterade han uppkomsten av en ny stjärna även i stjärnbilden Cassiopeia (stjärnan fick senare namnet SN 1572 ). En vanlig tro i Europa under denna tidsperiod var den aristoteliska teorin att kosmos bakom månen och planeterna är oföränderligt , så observatörer hävdade att detta fenomen var något slags fenomen i jordens atmosfär . Brahe märkte dock att föremålet förblev stillastående från natt till natt och ändrade aldrig sin parallax , så det måste ligga långt borta [22] [23] . Han publicerade sina observationer i De nova et nullius aevi memoria prius visa stella ( latin : "Om en ny och hittills osynlig stjärna" ) 1573. Det är från titeln på denna bok som den moderna termen " nova " för kataklysmiska variabla stjärnor har sitt ursprung [24] . År 1952 hittades en källa för radioutstrålning på platsen för blossen , och 1960 hittades en supernovarest i det optiska området .
År 1592 beskrev den koreanska officiella krönikan om kung Seonjo , som styrde Korea, fyra olika gäststjärnor, en av dem var orörlig i mer än tre månader. Ingen av dem sågs i Kina eller Europa, vilket betyder att de inte var ljusa. Supernovavarianten är alltså inte helt tillförlitlig [25] , men den erkänns av vissa forskare [26] .
Den sista supernovan som observerades i Vintergatans galax var SN 1604 , som observerades den 9 oktober 1604. Flera personer, inklusive Johannes van Heck , noterade det plötsliga uppträdandet av denna stjärna, men det var Johannes Kepler som blev känd för att systematiskt studera själva föremålet. Han publicerade sina observationer i De Stella nova in pede Serpentarii ( latin : "Ny stjärna vid foten av Ophiuchus" ) [27] .
Galileo försökte, liksom Brahe före honom, förgäves mäta denna nya stjärnas parallax , och motsatte sig sedan den aristoteliska synen på den oföränderliga himlen [28] . Återstoden av denna supernova identifierades 1941 vid Mount Wilson Observatory [29] .
| År av utbrott | 185 | 1006 | 1054 | 1181 | 1572 | 1592 | 1604 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| supernova | SN 185 | SN 1006 | SN 1054 | SN 1181 | SN 1572 | SN 1592 | SN 1604 |
| Konstellation | Centaurus | Varg | Oxen | Cassiopeia | Cassiopeia | Cassiopeia | Ophiuchus |
| Land eller del av världen där en supernova upptäcktes | Kina | Asien, Afrika | Asien, Amerika | Asien | Europa Asien | Korea | Europa Asien |
| Observationens varaktighet, dagar | 225 | 240 | 710 | 185 | 560 | 100 | 365 |
| Skenbar magnitud vid maximum | -fyra | -6 | -5 | ett | -4,5 | 2 | -3,5 |
| Skalets expansionshastighet, km/s | - | -8 000 | -7 000 | -8 000 | -10 000 | - | -10 000 |
| supernova kvarleva | RCW 86 | PKS 1459-41 | krabbanebulosa | 3C58 | SNR G120.1+01.4 | Cassiopeia A | 3C358 |
| Avstånd till resten, kps | 2-3 | fyra | 2 | åtta | 5 | 3 | tio |
Den sanna naturen hos supernovor förblev oklart under en tid. Observatörer har gradvis kommit att känna igen en klass av stjärnor som är föremål för långvariga periodiska fluktuationer i ljusstyrka. Både John Russell Hynde 1848 och Norman Pogson 1863 kartlade stjärnor som förändrades dramatiskt i ljusstyrka. Deras arbete har dock inte fått mycket uppmärksamhet från det astronomiska samfundet. Slutligen, 1866, gjorde den engelske astronomen William Huggins de första spektroskopiska observationerna av en ny stjärna, och upptäckte vätelinjer i det ovanliga spektrumet av den återkommande novan T Corona Nora [30] . Huggins föreslog en katastrofal explosion som den underliggande mekanismen, och hans forskning väckte intresse från andra astronomer [31] .
År 1885 observerade den tyske astronomen Ernst Hartwig en novaliknande flamma i riktning mot Andromedagalaxen . S Andromeda ökade till den sjätte magnituden, förmörkade hela galaxens kärna och försvann sedan som en ny stjärna. År 1917 mätte George W. Ritchie avståndet till Andromedagalaxen och fann att det var mycket längre bort än man tidigare trott. Detta innebar att S Andromeda, som inte bara låg längs galaxens siktlinje, utan faktiskt var belägen i dess kärna, släppte ut mycket mer energi än vad som var typiskt för en ny stjärna.
Tidiga studier av denna nya kategori av novaer utfördes på 1930-talet av Walter Baade och Fritz Zwicky vid Mount Wilson Observatory [32] . De identifierade i S Andromeda vad de trodde var en typisk supernova. Och de definierade det som en explosiv händelse som släppte ut strålning , ungefär lika med solens totala energi , på 10 7 år. De bestämde sig för att kalla denna nya klass av kataklysmiska variabler supernovor och postulerade att energi genererades av gravitationskollapsen av vanliga stjärnor till neutronstjärnor [33] . Namnet " supernovor " användes först i en föreläsning av Zwicky vid California Institute of Technology 1931, och användes sedan offentligt 1933 vid ett möte med American Physical Society [34] .
Även om supernovor är en relativt sällsynt händelse, som inträffar i Vintergatan i genomsnitt ungefär en gång vart 50:e år [35] , har observationer av avlägsna galaxer gjort det möjligt att upptäcka och studera supernovor oftare. Zwicky var den första som "jakte" efter supernovor 1933. Han fick sällskap 1936 av Joseph J. Johnson från California Institute of Technology . Med hjälp av 45 cm Schmidt-teleskopet vid Palomar-observatoriet upptäckte de tolv nya supernovor under loppet av tre år genom att jämföra nya fotografiska plattor med referensbilder av extragalaktiska områden [36] .
De allra första objekten betecknades av astronomer som variabla stjärnor (till exempel Hartwigs stjärna i Andromeda-nebulosan hette S Andromeda) eller som vanliga novaer (Nova UMa 1912, Nova Leo 1914). Det var först på 1930-talet som Zwicky föreslog principen att tilldela beteckningar som har bevarats till denna dag: SN (supernova), upptäcktsåret och en bokstav i det latinska alfabetet som visar serienumret på supernovan under ett givet år [ 37] .
År 1938 blev Walter Baade den första astronomen att identifiera nebulosan som en supernovarest , när han föreslog att krabbnebulosan var kvarlevan av SN 1054 . Han noterade att även om det såg ut som en planetarisk nebulosa , var den uppmätta expansionshastigheten för hög för att kvalificera sig för denna klassificering. Samma år föreslog Baade först användningen av supernovor av typ Ia som en sekundär avståndsindikator. Senare arbete av Allan Sandage och Gustav Tammann hjälpte till att förfina processen så att supernovor av typ Ia blev ett slags standardmått för att mäta stora avstånd i rymden [38] [39] .
Den första spektrala klassificeringen av dessa avlägsna supernovor gjordes av Rudolf Minkowski 1941. Han delade in dem i två typer beroende på om linjerna av grundämnet väte förekom i supernovaspektrumet [40] . Zwicky föreslog senare ytterligare typer III, IV och V, även om de inte längre används och, enligt nuvarande teorier, verkar förknippas med separata typer av märkliga supernovor. Ytterligare uppdelning av spektrumkategorier har lett till det moderna klassificeringsschemat för supernovor [41] .
Efter andra världskriget arbetade Fred Hoyle med problemet med bildandet av olika observerbara strukturer i universum. 1946 föreslog han att en massiv stjärna kunde generera de nödvändiga termonukleära reaktionerna, och kärnreaktionerna av tunga element var ansvariga för att ta bort energi, vars brist leder till gravitationskollaps. Dessutom kan en kollapsande stjärna vara rotationsinstabil och producera en explosiv utstötning av element som är fördelade i det interstellära rymden [42] . Konceptet med snabb kärnfusion , som är energikällan för en supernovaexplosion, utvecklades av Hoyle och William Fowler på 1960 -talet [43]
I Sovjetunionen utfördes arbete för att söka efter supernovor vid Krim-stationen i SAI , där en teleskop-astrograf installerades med en lins med en diameter på 40 cm och ett mycket stort synfält - nästan 100 kvadratgrader, och detta gjordes också vid Abastumani Astrophysical Observatory på ett Schmidt-teleskop med ett inlopp på 33 cm.I Europa ägde det största antalet supernovafyndigheter rum vid Asiago-observatoriet i Italien, där två Schmidt-teleskop var i drift. Tillsammans på 1960- och 1970-talen. upptäckte upp till 20 supernovor per år [37] .
Den första datorstyrda supernovasökningen startade på 1960-talet vid Northwestern University i Chicago . För detta byggdes ett 24-tums teleskop vid Corralitos Observatory i New Mexico , vars position kunde ändras under datorkontroll. Varje minut visade teleskopet en ny galax och observatörer kontrollerade bilden på skärmen. Således upptäcktes 14 supernovor inom två år [44] .
Den nuvarande standardmodellen för supernovaexplosioner av typ Ia är baserad på ett förslag från Whelan och Eben 1973 och är baserad på ett scenario med massöverföring till en degenererad följeslagningsstjärna [45] . I synnerhet följdes ljuskurvan för SN 1972e i NGC 5253 , som hade observerats i mer än ett år, tillräckligt länge för att upptäcka att supernovan efter sin breda ljusstyrka (”puckel”) bleknade med en nästan konstant hastighet på ca. 0,01 magnitud per sekund. Översatt till ett annat system av enheter är detta nästan samma som sönderfallshastigheten för kobolt −56 ( 56 Co), som har en halveringstid på 77 dagar. Överensstämmelsen i både total energiproduktion och sönderfallshastigheter mellan teoretiska modeller och observationer 1972 ledde till att den degenererade explosionsmodellen snabbt accepterades [46] .
Med början på 1980-talet blev amatörastronomer involverade i sökandet efter supernovor ; man fann att man med hjälp av små teleskop med linser på 20-30 cm ganska framgångsrikt kan söka efter skurar av ljusa supernovor genom att systematiskt observera en visuellt definierad uppsättning galaxer. Den största framgången uppnåddes av prästen från Australien, Robert Evans, som lyckades upptäcka upp till 6 supernovor årligen sedan början av 1980-talet [37] .
Genom observation av ljuskurvorna för många supernovor av typ Ia har det visat sig att de delar en gemensam ljusstyrketopp [47] . Genom att mäta ljusstyrkan för dessa händelser kan man uppskatta avståndet till värdgalaxen med god noggrannhet. Således har denna kategori av supernovor blivit ganska användbar som ett standardmått för att mäta kosmiska avstånd . 1998 fann High-Z Supernova Search och Supernova Cosmology Project att de mest avlägsna supernovorna av typ Ia verkar mörkare än förväntat. Detta fungerade som bevis på att universums expansion kan påskyndas [48] [49] .
Även om ingen supernova har observerats i Vintergatan sedan 1604, verkar det som för cirka 300 år sedan, runt 1667 eller 1680, en supernova exploderade i konstellationen Cassiopeia . Återstoden av denna explosion, Cassiopeia A , är kraftigt skymd av interstellärt damm , vilket kan vara anledningen till att den inte har väckt uppmärksamhet. Den kan dock observeras i andra delar av spektrumet och är för närvarande den ljusaste radiokällan utanför vårt solsystem [50]
1987 sågs supernovan 1987A i det stora magellanska molnet inom några timmar efter att den började. Det var den första supernovan som upptäcktes från neutrinonemission och den första som observerades över alla band i det elektromagnetiska spektrumet . Den relativa närheten till denna supernova gjorde det möjligt att göra detaljerade observationer, och detta gav den första möjligheten att testa nuvarande teorier om supernovabildning mot observationer [52] [53] .
Upptäcktshastigheten för supernovor har stadigt ökat under 1900-talet [54] . Flera automatiska sökningar efter supernovor inleddes på 1990-talet. Supernovasökprogrammet startades 1992 vid Leuschner Observatory . Berkeley Automatic Telescope-programmet anslöt sig samma år. De ersattes 1996 av det automatiska Katzman-teleskopet vid Lick Observatory , som främst användes för att söka efter supernovor. År 2000 hade Lick-programmet upptäckt 96 supernovor, vilket gjorde det till världens mest framgångsrika supernovasökprogram [55] .
I slutet av 1990-talet föreslogs att nya supernovarester kunde hittas genom att leta efter gammastrålar från sönderfallet av titan-44 . Dess halveringstid är 90 år, och gammastrålar kan lätt passera galaxen, vilket gör att alla supernovarester från det senaste årtusendet eller så kan ses. Två källor har hittats: den tidigare upptäckta Cassiopeia A - resten och kvarlevan RX J0852.0-4622 [56] .
Denna rest (RX J0852.0-4622) hittades framför den (tydligen) stora supernovaresten Vela [57] . Gammastrålar från sönderfallet av titan-44 visade att det måste ha exploderat relativt nyligen (kanske runt 1200 e.Kr.), men det finns inga historiska uppgifter om detta. Fluxen av gamma- och röntgenstrålar indikerar att supernovan var relativt nära jorden (möjligen 200 parsecs eller 600 ljusår bort). Om så är fallet är detta en överraskande händelse, eftersom supernovor mindre än 200 parsecs bort beräknas av astronomer explodera mindre än en gång vart 100 000 år [58] .
Supernova SN 2003fg upptäcktes i en framväxande galax 2003. Utseendet på denna supernova har studerats i "realtid" och den väcker flera viktiga fysiska frågor, eftersom den verkar vara mer massiv än vad Chandrasekhar-gränsen tillåter [59] .
Supernovan SN 2006gy , som observerades första gången i september 2006, med ursprung i galaxen NGC 1260 (240 miljoner ljusår bort), är den största och, tills ljusstyrkan för SN 2005ap bekräftades i oktober 2007, den ljusaste supernova som någonsin observerats. Dess explosion var minst 100 gånger ljusare än någon tidigare observerad supernova [60] [61] , där stamstjärnan uppskattades vara 150 gånger mer massiv än solen [62] . Även om händelsen hade några av egenskaperna hos en supernova av typ Ia, upptäcktes väte i dess spektrum [63] . SN 2006gy tros vara en trolig kandidat för en parinstabil supernova . SN 2005ap, upptäckt av Robert Quimby , som också upptäckte SN 2006gy, var ungefär dubbelt så ljus som SN 2006gy och ungefär 300 gånger så ljus som en typisk typ II supernova [64] .
Den 21 maj 2008 meddelade astronomer att de hade fångat en supernova för första gången på kamera i ögonblicket för dess explosion. Av en slump sågs en blixt av röntgenstrålar när man observerade galaxen NGC 2770 , som ligger 88 miljoner ljusår från jorden, och många teleskop riktades i den riktningen precis i tid för att fånga det som kallades SN 2008D . "Detta bekräftade slutligen att en stor röntgenexplosion markerade födelsen av en supernova", säger Alicia Soderbergh vid Princeton University [66] .
En av de många amatörastronomer som letade efter supernovor, Caroline Moore , en medlem av Supernova Search Team vid Puckett Observatory, hittade supernovan SN 2008ha i november 2008. Vid 14 års ålder förklarades hon som den yngsta astronomen i historien som upptäckt en supernova [67] [68] . År 2007 närmade sig det totala antalet upptäckta supernovor 5000 [37] .
År 2009 fann forskare nitrater i iskärnor från Antarktis på djup som överensstämmer med kända supernovor från 1006 och 1054 e.Kr., såväl som runt 1060 e.Kr. Nitrater verkar ha bildats från oxider av kväve , skapade av supernova gammastrålar. Denna metod kan upptäcka supernovor som är flera tusen år gamla [70] .
Den 15 november 2010 meddelade astronomer som använde NASA:s Chandra X-ray Observatory att när de tittade på resterna av SN 1979C i galaxen Messier 100 hade de upptäckt ett föremål som kunde vara ett ungt 30 år gammalt svart hål . NASA noterade också möjligheten att detta objekt kan vara en snurrande neutronstjärna som producerar vind från högenergipartiklar [71] .
Den 24 augusti 2011 upptäckte Palomar Transient Factory-projektet en ny supernova av typ Ia (SN 2011fe) i Pinwheel Galaxy (M101) kort efter att den exploderade. Eftersom den bara var 21 miljoner ljusår från jorden och upptäcktes så tidigt efter händelsens början, gjorde det att forskare kunde lära sig mer om de tidiga livsstadierna för dessa typer av supernovor [72] .
Den 16 mars 2012 upptäcktes en supernova av typ II , kallad SN 2012aw, i galaxen M95 . [73] [74] [75]
Den 22 januari 2014 märkte studenter vid University of London Observatory den exploderande stjärnan SN 2014J i den närliggande galaxen M82 (cigarrgalaxen) . Supernovan ligger på ett avstånd av cirka 12 miljoner ljusår och är en av de närmaste observerade under det senaste decenniet [76] .
Veckor efter att en stjärna exploderade i spiralgalaxen NGC 2525 i januari 2018 tog rymdteleskopet Hubble på varandra följande fotografier av den resulterande supernovan av typ 1a , kallad SN 2018gv [77] under nästan ett år .
Den uppskattade mängden supernovor i en galax av Vintergatans storlek är ungefär två gånger per sekel. Detta är mycket högre än den faktiska observerade frekvensen, vilket betyder att vissa av dessa händelser gömdes från jorden av interstellärt damm. Utplaceringen av nya instrument som kan göra observationer över ett brett spektrum av det elektromagnetiska spektrumet , tillsammans med neutrinodetektorer , innebär att nästa sådan händelse nästan säkert kommer att upptäckas av astronomer från jorden [78] .
Vera Rubin-observatoriet förutspår att astronomer fortfarande kommer att behöva upptäcka tre till fyra miljoner supernovor under det kommande decenniet över ett brett spektrum av avstånd [79] .