Supernoova on hiiglasliku tähe plahvatus. See juhtub tavaliselt siis, kui selle tuumasüntees ei suuda tuuma oma gravitatsiooni vastu hoida. Tuum variseb kokku ja plahvatab.
Suurimaid supernoovasid nimetatakse hüperhiidudeks ja väiksemaid ülihiidudeks. Nad on massiivsed: gravitatsiooni tõttu kulutavad nad oma energia väga kiiresti ära. Tavaliselt elavad nad vaid mõned miljonid aastad.
Plahvatuse ajal võib supernoovade poolt kiiratav koguenergia lühiajaliselt ületada kogu galaktika väljundi. Nad kiirgavad energiat, mis on võrdne ühe päikesesarnase tähe kogu eluea energiaga. Plahvatus paiskab oma tähtede materjali tähest eemale, kiirusega kuni 30 000 km/s ehk 10% valguse kiirusest. See ajab lööklaine ümbritsevasse tähtedevahelisse keskkonda. See paisutab üles paisuva gaasi- ja tolmukesta, mida me näeme supernoova jäänukina. Pärast plahvatust jääb järele must auk või neutrontäht.
Enamik tähti on väikesed ja ei plahvata. Nad muutuvad külmemaks ja väiksemaks ning neist saavad valged kääbustähed.
Supernoova plahvatusi juhtub harva. Meie enda galaktikas, Linnutees, toimus viimane supernoova 1604. aastal. Supernoovasid näeme ka teistes galaktikates. Igal aastal näeme teistes galaktikates 300 supernoovat, sest galaktikaid on nii palju. Mõnikord on need heledamad kui kogu ülejäänud galaktika.
Tüübid ja klassifikatsioon
Supernoovad jagunevad peamiselt kahele põhimehhanismile:
- Tuumakollapsist tekkivad supernoovad (core-collapse) — esinevad massiivsetel tähtedel (ligikaudu üle 8 Päikese massi), kui tuum variseb kokku ja tekitab neutrontähe või must auk. Neid tähistatakse tavaliselt kui Type II (näitavad vesiniku jooneid spektris) või Type Ib/Ic (kadunud vesinik- või heeliumi kihid).
- Termotuumaplahvatused (tüüp Ia) — tekivad siis, kui valge kääbuse mass suureneb (näiteks ainete akretsiooni või kahe kääbuse ühinemise tagajärjel) ja toimub kontrollimatu süsiniku- ja hapniku põlemine. Type Ia supernoovad ei näita spektris vesinikjooni ja neil on iseloomulikud Si II joone märgid.
Edasine spektriline ja valguskurvide alusel tehtav jagunemine sisaldab alamtüüpe, nt Type IIP ja IIL (II-tüübi erinevad heleduse languse iseloomud), IIb (üleminek Ib/II-le) ja IIn (kitsad read, mis viitavad tugevatele kokkupõrgetele ümbruskonna gaasiga).
Kuidas plahvatus tegelikult toimub
- Tuumakollapsi korral saabub tähe tuuma tolm, süsinik ja hapnik ei suuda enam tuuma gravitatsioonilist kokkutõmmet pidurdada; tuum kokkuvaris, protonid ja elektronid ühenduvad neutrontes ning tekib tugeva neutrino- ja lööklainega plahvatus. Neutriinod kannavad suure osa energiast ära — neid võib kiirena detekteerida kaugete supernoovade puhul (nt SN 1987A).
- Tüüp Ia puhul vallandub termotuumareaktsioon äkki kogu valge kääbuse ulatuses, vallandades suure valgus- ja energiapurske ning hävitades tähte sootuks ilma järelejäänud heelikihata.
Energia, kiirus ja jäägid
Supernoova tipptugevusel võib vabanev energia olla üüratu: löögienergia on tüüpiliselt ~10^44 J (~10^51 ergs) ning kiired väljutuse kiirused ulatuvad sadade kuni kümnete tuhandete km/s-ni. Pärast plahvatust jääb tavaliselt järele paisuv gaasi- ja tolmukorv — supernoova jäänuk — ning sõltuvalt lähteolukorrast neutrontäht või must auk.
Kosmilised tagajärjed ja tähtsus
- Keemiline rikastamine: supernoovad tootvad ja laiali paiskavad raskemaid keemilisi elemente — rauast raskemate elementideni — mis on vajalikud planeetide, Maa ja elu ehitusplokkide tekkeks. Paljud raua-rühma elemendid tekivad tuumakollapsi ja termotuumareaktsioonide käigus.
- Raskemate elementide teke (r-protsess): väga rasked elemendid (nt kuld, plaatina) tekivad kiiresti neutronite lisamise protsessis; selle kohta on jätkuv teaduslik diskussioon, kuid nii supernoovad kui neutrontähtede ühinemised mängivad olulist rolli.
- Uute tähtede ja planeetide moodustumine: lööklaine võib kokkupressida tähtedevahelist keskkonda ja vallandada uute tähtede moodustumise.
- Kosmiline kiirgus ja elektromagnetkiirgus: supernoovad kiirgavad ultraviolett-, röntgen-, raadio- ja gammasignaale ning kiirendavad osakesi kosmiliste kiirgustena, mis mõjutavad galaktikat laiemalt.
- Gravitatsioonilained ja neutrino signaalid: tuumakollaps võib tekitada lühiajalisi gravitatsioonilaineid ja tugeva neutrinoimpulsi — need annavad otsese ülevaate tuumaprotsessidest.
Vaatlused ja ajaloolised näited
- Meile lähim ja hinnatud ajalooline juhtum Linnutees oli Kepleri supernoova 1604. aastal (1604. aastal), mis oli nähtav palja silmaga.
- Teine tuntud näide on SN 1054, mille jääk on Krabi jäänuk (Crab Nebula), ja SN 1572 (Tycho Brahe supernoova).
- 1990. aastate lõpus-sajal SN 1987A Suures Magalhaese Pilves oli eriline, kuna selle neutrinoimpulsi tuvastasid detektorid Maal — see kinnitas tähelepanevalt teooriaid tuumakollapsi kohta.
- Täna avastatakse teistes galaktikates sadu supernoovasid aastas optiliselt ja veelgi enam eri lainepikkustel (raadio, röntgen, gamma), sest teleskoopide ja automaatsete otsingute pealevool on suur.
Supernoovade oht Maale
Enamik supernoovasid ei kujuta Maale ohtu, sest enamik neist toimub liiga kaugel. Küll aga võib väga lähedane supernoova (sadu kuni kümned light‑aastad, umbes alla ~30–50 l.a. ehk ~10–15 parseki) mõjutada Maa atmosfääri ja osooni kihti ning olla bioloogiliselt kahjulik. Selliste sündmuste tõenäosus on äärmiselt väike.
Kasutus kosmoloogias
Type Ia supernoovad on eriti väärtuslikud, sest nende maksimaalne heledus on suhteliselt ühtlane ja neid kasutatakse "standardküünlatena" kosmoloogiliste kauguste mõõtmiseks. Just selliste vaatlustega avastati 1990ndatel, et universumi laienemine kiireneb — see juhtis tumeda energia kontseptsiooni tekkimiseni.
Supernoovade jäägid ja vaatlus
Supernoova jäänukud võivad püsida ja olla nähtavad kümneid kuni sajandeid või veelgi kauem. Need on olulised objektid röntgen-, raadio- ja optilistes vaatlustes, sest nende kaudu on võimalik uurida plahvatuse dünaamikat, elementide sünteesi ja kiirendatud osakeste füüsikat.
Kokkuvõte
Supernoovad on ühed kõige energilisemad ja tähtsamad sündmused universumis. Nad lõpetavad mõnede tähtede elukaare, loovad ja laiali paiskavad raskeid elemente, mõjutavad galaktilist keskkonda ning annavad märkimisväärseid vaatlusvõimalusi — alates neutrino‑ ja gravitatsioonilainetest kuni optiliste valguskõverate ja jääkide uurimiseni. Kuigi nad võivad kohati olla Maale ohtlikud, on tõenäosus, et lähistel (Linnutee sisealad) aset leiab massiline plahvatus, väga väike.