Излучение от взрывов сверхновых

Наиболее яростные события, которые, вероятно, происходили в солнечном окружении в течение геологического и исторического времени – это взрывы сверхновых. Такие взрывы – это яркая смерть массивных звёзд, следующая за гравитационным коллапсом их ядра (сверхновые коллапсары), либо белых карликов в бинарных системах, чья масса за счёт аккреции возросла сверх предела Чандрасекара (термоядерные сверхновые)

Сверхновые-коллапсары взрываются, когда ядерное топливо в ядре массивной звезды с массой больше 8 солнечных истощается и больше не может поддерживать термальное давление, которое уравновешивает гравитационное давление вышележащих слоёв. Затем ядро коллапсирует в нейтронную звезду или звёздную чёрную дыру и высвобождает большое количество гравитационной энергии (~3 x 10⁵³ erg), большая часть которой превращается в нейтрино и только несколько процентов – в кинетическую энергию извергаемой звёздной оболочки, которая содержит радиоизотопы, поставляющие большую часть энергии для излучения.

Термоядерная сверхновая представляет собой термоядерный взрыв белого карлика в двойной звёздной системе. Белые карлики представляют собой конечную точку эволюции звёзд с массами меньшими, чем 8 солнечных масс. Они обычно состоят из углерода или кислорода. Их массы не могут превосходит 1,4 массы Солнца. Белый карлик в бинарной звёздной системе может аккрецировать материал своей звезды компаньона, если они достаточно близки друг к другу за счёт гравитационного притяжения. Падающая материя со звезды компаньона заставляет белый карлик пересечь границу массы в 1.4 солнечной (называемой предел Чандрасекара) и коллапсировать гравитационно. Выделение гравитационной энергии приводит к росту температуры до уровня, на котором углерод и кислород начинают неконтролируемо вступать в термоядерную реакцию. В результате происходит термоядерный взрыв, который разрушает звезду полностью.

Если взрыв сверхновой произойдёт достаточно близко к Земле, он может иметь катастрофические последствия для ее биосферы. Потенциальные последствия взрыва сверхновой около Земли были рассмотрены рядом авторов (Ellis and Schramm, 1995; Ellis et al., 1996; Ruderman, 1979), и последняя работа предполагает, что наиболее важные эффекты будут вызваны их космическими лучами. В частности, их возможная роль в разрушении озонового слоя Земли и открытии земной биосферы для интенсивного облучения солнечными УФ-лучами была подчёркнута в работе Ellis and Schramm, 1995; Ellis et al., 1996. В начале мы рассмотрим прямые радиационные риски, связанные с излучением сверхновой.

Среди новых элементов, которые возникают при взрыве сверхновой- коллапсара и термоядерной сверхновой – радиоактивный никель, который высвобождает огромные количества энергии среди остатков сверхновой. Большая часть этой энергии высвобождается среди остатков и излучается в виде видимого света. Однако свет сверхновой не представляет собой высокого риска. Самые яркие сверхновые достигают пика светимости в 10⁴³ эрг/сек через примерно пару недель после взрыва, и затем светимость убывает примерно экспоненциально с периодом «полураспада» в 77 дней (что соответствует периоду полураспада радиоактивного кобальта, возникающего в результате распада никеля). Такая светимость на расстоянии 5 парсек от Земли в течение пары недель добавит примерно 1% к солнечному излучению, которое достигает Земли и не будет иметь никаких катастрофических последствий. Более того, средняя частота галактических сверхновых составляет примерно 1 раз в 50 лет (van den Bergh and Tammann, 1991). Большинство взрывов сверхновых случаются гораздо ближе к центру Галактики, чем проходит орбита Солнца. На основании наблюдаемого распределения галактических остатков сверхновых, и средней частоты взрывов сверхновых, вероятность того, что в течение ближайших 2 миллиардов лет (до того, как Солнце станет красным гигантом) Солнечная система в своём галактическом движении пройдёт на расстоянии 15 световых лет от сверхновой, составляют менее 1%.

Прямые угрозы Земле от ультрафиолетового, рентгеновского и гамма излучения сверхновых и их остатков ещё меньше, поскольку атмосфера непрозрачна для этих излучений. Единственная серьёзная угроза состоит в возможном разрушении земного озонового слоя, за которым последует проникновение солнечного УФ излучения и поглощение видимого света окисью азота NO2 в атмосфере. Однако угроза со стороны сверхновых, находящихся на расстоянии более 30 световых лет, не превышает угрозу от солнечных вспышек. Озоновый слой часто повреждается солнечными вспышками и, судя по всему, восстанавливался относительно быстро.