SUPERNOVA ( সুপারনোভা বা অতি জ্যোতিষ্ক )

সুপারনোভা

১৫৭২ খ্রিষ্টাব্দের ১১ নভেম্বর ডেনমার্ক এর জ্যোতিবি^‾দ টাইকো ব্রাহে তাঁর মানমন্দির থেকে আকাশে ক্যাসিওপিয়া তারামণ্ডলে একটি নতুন তারার আবির্ভাব দেখতে পান। সেই সময় পৃথিবীতে গ্রীক পণ্ডিত টলেমীর মতবাদ প্রতিষ্ঠিত ছিল । সেটা অনুযায়ী আকাশে চাঁদ অ বায়ুমণ্ডলের দূরে যা কিছু তা ভগবানের  সৃষ্টির আদি থেকে অনড় অচল । টাইকো ব্রাহে এই নতুন তারাটির প্যারাল্যাক্স অথা^‾ৎ কৌণিক দূরত্ব হিসেব করে বুঝতে পারেন যে এটি অনেক দূরে মানে চাঁদ ও বায়ুমণ্ডলের চেয়ে দূরে অবস্থিত। এরফলে তাঁর মনে টলেমী প্রতিষ্ঠিত অনড় অচল বিশ্ব দশ^‾নের প্রতি সন্দেহ দেখা দ্যায়। এই তারাটি কিছুদিন উজ্জ্বল হয়ে আকাশে থাকার পর আস্তে আস্তে ম্লান হয়ে শেষে আকাশ থেকে মিলিয়ে যায়। টাইকো পরবর্তী কালে একটি ছোট বই তে তারাটির কথা বিস্তারিত লেখেন ও এটিকে ল্যাটিন ভাসায় “নোভা স্টেলা” বা “নুতন তারা” আখ্যা দ্যান।    

১৬০৪ সালে আকাশে ঠিক এই রকম আরেকটি তারার আবির্ভাব হয় ও এই সময় আরেকজন বিখ্যাত জ্যোতিবি^‾দ যোহানেস কেপলার আকাশে এটির অবস্থান পুঙ্খানুপুঙ্খ ভাবে নিরুপন করেন। 

টাইকো ব্রাহে

theworld.org সৌজন্যে

যোহানেস কেপলার

en.wikipedia.org এর সৌজন্যে

 মানুষ  আধুনিক দূরবীন আবিস্কার হবার পর এই নতুন তারাগুলির সম্পর্কে ধীরে ধীরে অনেক কিছু জানতে পারে। ১৯৩০ সনে লস এঙ্গেলেসের কাছে অবস্থিত মাউন্ট উইলসন মান মন্দির থেকে দুরবিন এর সাহায্যে ওয়াল্টার বাডে ও ফ্রিৎস্ ৎজুইকি এগুলিকে বিশেস ভাবে পয্য^‾বেক্ষন করে বুঝতে পারেন যে এগুলি আমাদের ছায়াপথ গ্যালাক্সির বাইরে বহু বহু দূরে তারার বিস্ফোরন। ৎজুইকি এ গুলির নাম দ্যান “সুপারনোভা” যা বাংলা করলে বলা যায় “অতি জ্যোতিস্ক”।

আমরা এখন জেনেছি যে সুপারনোভা আসলে মহাশূন্যে ম্রত্যুপথযাত্রি তারার অতিদানবিয় বিস্ফোরন থেকে উৎপন্ন মহাজাগতিক অগ্নিপিণ্ড। এই মহাজাগতিক অগ্নিপিণ্ড দশ হাজার কোটি সুয্যে^‾র বা একটি পুরো গ্যালাক্সির (আমরা যে গ্যালাক্সিতে বাস করি অথা^‾ৎ ছায়াপথ, তাতে প্রায় দশ হাজার কোটি তারা আছে যদিও তাদের ঔজ্জল্লের মান এক নয়)  সমান উজ্জ্বল। কিন্তু এগুলি মাত্র কিছুদিনের জন্য স্থায়ী।

সব তারার শেষ বিস্ফোরনে হয় না। আমাদের  সুয্যে^‾র মত একটি তারা তার জীবনের শেষে তার পারমানবিক জ্বালানি ফুরিয়ে গেলে  তার গ্যাসের অধিকাংশ বাইরে ছেড়ে দিয়ে একটি “শ্বেত বামন” বা হোয়াইট ডোয়াফ^‾ এ পরিনত হয় ও হাজার কোটি বছর ধরে তার অবশিষ্ট তাপ বিচ্চূরন করে শেষে একটি মৃত কালো পিণ্ডতে পরিনত হয়। এর ব্যাস মাত্র কয়েক হাজার মাইলে (মনে রাখতে হবে একটি তারার ব্যাস সাধারণত কয়েক লক্ষ্য মাইল হয়)।

কিন্তু যদি একটি তারার ভর (বিশেষত একটি শ্বেত বামনের) যদি সূয্যে^‾র ভরের ১.৪৪ গুন হয় সেক্ষেত্রে  অন্য পরিনতি তারাটির জন্যে অপেক্ষা করে। যখন তারার ভর এই বিশেষ সীমা লঙ্ঘন করে (এই সীমাটির নাম “চন্দ্রশেখর সীমা” কারন ১৯৩০ সালে বিখ্যাত নোবেল পদক জয়ী ভারতীয় পদার্থবিদ ও মহাকাশ বিজ্ঞানী সুব্রাহ্মানিয়ান চন্দ্রশেখর এটি আবিষ্কার করেন) তখন তারাটির মৃত্যু অন্য রকম হয়। তখন তারাটির মৃত্যু একটি অতিদানবীয় বিস্ফোরনে হয় এবং তার শেষে পড়ে থাকে গ্যাস ও মহাজাগতিক ধুলিকনার একটি ক্রম বধ^‾মান বলয় ও তার মধ্যে একটি নিউট্রন তারা অথবা একটি ব্ল্যাক হোল বা “ কালো গহ্বর”।

ফ্রিৎস্ ৎজুইকি

swemorph.com এর সৌজন্যে

সুব্রাহ্মানিয়ান চন্দ্রশেখর

en.wikipedia.org এর সৌজন্যে

সুপারনোভা বিস্ফোরণ তারার অধিকাংশ পদার্থ মহাকাশে  ৩০,০০০ কিলোমিটার/সেকেন্ড এর মত ভয়ানক গতিতে ছুঁড়ে দ্যায় (অথা^‾ৎ আলোর গতির এক দশমাংশ) এবং তার ফলে শক্ ওয়েভ বা  “আঘাত ঝড়” এর সৃষ্টি হয়। এই শক্ ওয়েভ গ্যাস ও ধুলিকনার বলয়টিকে নিয়ে মহাশুন্যে ছড়িয়ে পড়ে।

সুপারনোভা সাধারণত দু ধরনের হয়। টাইপ-১এ ও টাইপ-২।অনেক ক্ষেত্রে একটি শ্বেত বামন তারার একটি অন্য বড় তারা সঙ্গী থাকে (অধিকাংশ তারাই জোড়ে থাকে, অনেক ক্ষেত্রে তিন বা তার বেশি তারার সমষ্টিও একটি সিস্টেম বা সমন্যয়ে অবস্থান করে)। সেক্ষেত্রে শ্বেত বামন তারা টি তার সঙ্গী তারার থেকে তার মহাকর্ষ শক্তি বা গ্র্যাভিটেশনের মাধ্যমে পদার্থ টেনে নিতে থাকে। এই রকম চলতে চলতে যখন শ্বেত বামনের ভর চন্দ্রশেখর সীমা ছাড়ায় তখন তার ভেতরের কারবন্ এর পারমাণবিক গলন (নিউক্লিয়ার ফিউসন, অথা^‾ৎ একাধিক কারবন পরমানু যুক্ত হয়ে অন্য একটি ধাতুতে পরিনত হয় ) শুরু হয় (শ্বেত দানব তারা গুলিতে হাইড্রোজেন থাকে না,কারবন ও অক্সিজেন থাকে)। এই গলন অত্যন্ত মারাত্মক গতিতে ঘটতে থাকে যাতে প্রায় তারাটির সমস্ত পদার্থের পারমানবিক গলন হয়এবং মাত্র কয়েক সেকেন্ডের মধ্যে অতিদানবীয় শক্তির মুক্তি ঘটায় তারাটির সুপারনোভা বিস্ফোরণ ঘটে। এগুলি কে টাইপ -১এ সুপারনোভা বলে।

টাইপ -১এ সুপারনোভা গুলির দুটি বিশেষ বৈশিষ্ট্য আছে।১) এগুলির স্পেকট্রাম বা আলোক বিশ্লেষণ রেখাতে হাইড্রোজেন লাইন বা বামার সিরিজ এর অনুপস্থিত। ২)সমস্ত টাইপ-১এ সুপারনোভা গুলি প্রায় এক ভর যুক্ত হবার জন্যে এগুলোর অধিকতম ঔজ্জ্বল্য প্রায় সমান হয়। সেই জন্যে এগুলোকে ঔজ্জ্বল্যের মানদণ্ড হিসেবে ব্যবহার করা যায় ও মহাজাগতিক দূরত্ব মাপা যায়। 

বাইনারি শ্বেত বামন পার্শ্ববর্তী তারার থেকে বস্তু টেনে নিয়ে সুপারনোভা হতে চলেছে

news.harvard.edu এর সৌজন্যে

টাইপ -২ সুপারনোভা অন্য ভাবে হয়। অত্যন্ত্য বেশি বড় তারা বা দানব তারা গুলির সবচেয়ে ভেতরের অংশটির পারমানবিক গলন হতে হতে এমন একটি পযা^‾য় পৌঁছয় যে ওই অংশটি লোহাতে পরিনত হয়।লোহার পারমানবিক গলন আর সম্ভব হয় না কারন এই গলন এ শক্তির মুক্তির বদলে শক্তির ক্ষয়  হয়।তখন  তারার ভেতরের থেকে আর শক্তি মুক্ত না হওয়ায় এর মহাকর্ষ শক্তিকে আর আটকে রাখা সম্ভব হয় না এবং তারা টির অতি দ্রুত অন্তিম সংকোচন হয়। এর ফলে অসীম শক্তির মুক্তি ঘটে  ও শক ওয়েভ এর সৃষ্টি হয় ও তারাটির উপরিভাগের বিস্ফোরণ ঘটে। ভেতরে থেকে যায় একটি নিউট্রন তারা অথবা ব্ল্যাক হোল। যেসব ক্ষেত্রে ভেত্ররের অংশটির মহাকর্ষ শক্তি এত বেশি হয় যে আলো ও বেরিয়ে আসতে পারেনা সেসব ক্ষেত্রে এগুলো কে আর বাইরে থেকে দেখা যায় না ।তাই এর নাম ব্ল্যাক হোল বা কালো গহ্বর । টাইপ -২ সুপারনোভার বৈশিষ্ট্য হল যে এর আলোক বিশ্লেষণ রেখাতে হাইড্রোজেন রেখা বা বামার সিরিজ উপস্থিত থাকে।

ব্ল্যাক হোল

didyouknow.com এর সৌজন্যে

ক্র্যাব নেবুলা সুপারনোভা অবশিষ্ট যার মধ্যে রয়েছে একটি নিউট্রন তারা

www4.ncsu.edu এর সৌজন্যে

সুপারনোভা বিস্ফোরণের ফলে দুটো ব্যাপার ঘটে যার পরিনাম সুদুর প্রসারি। সুপারনোভা থেকে নিগ^‾ত গাস ও ধুলি কনা অন্য তারা ও গ্রহ ইত্যাদির জন্ম দ্যায় । এবং পারমানবিক গলন এর ফলে ভারি পদার্থ   অথা^‾ৎ সোডিয়াম,ক্যালসিয়াম,অক্সিজেন, লোহা ইত্যাদি পদাথ^‾র জন্ম হয়।এই সমস্ত পদাথ^‾ শেষ পয^‾ন্ত পৃথিবীর মত গ্রহ ও আমাদের মত জীবের সৃষ্টি করে। সুতরাং আমরা আমাদের অস্তিত্বের জন্যে সুপারনোভার কাছে ঋণী।   

  

যদিও ইতিহাস এর আদি থেকে অনেক গুলি জ্যোতিষ্ক কে সুপারনোভা বলে আখ্যা দেওয়া হয় তবুও প্রথম সুপারনোভার বিশ্বস্ত পয্য^‾বেক্ষন করেন চৈনিক জ্যোতিবি^‾দরা ১৮৬ সালে। কিন্তু আধুনিক শক্তিশালী দূরবীন বা টেলিস্কোপ আবিস্কার হবার পর সুপারনোভা বিস্ফোরণ “লাইভ” দেখার সুযোগ মানুষ ও বিজ্ঞানীরা পান ১৯৮৭ সনে। অস্কার দুহালদে নামক এক টেলিস্কোপ পরিচালক চিলি তে লাস কাম্পামানাস মান মন্দিরে ১৯৮৭ সালের ২৩এ ফেব্রুয়ারি কফি খেতে বেরিয়ে আকশে বৃহৎ ম্যাগেলানিক মেঘের (লাজ^‾ ম্যাগেলানিক ক্লাউড ) মধ্যে একটি অত্যন্ত উজ্জ্বল নতুন তারা দেখতে পান। লাজ^‾ ম্যাগেলানিক ক্লাউড একটি ছোটো গ্যালাক্সি যা দক্ষিন গোলাদ্ধ^‾ থেকে দেখা যায়। ভালো করে খুঁটিয়ে দেখে বোঝা যায় যে এটি একটি সুপারনোভা । সঙ্গে সঙ্গে সারা পৃথিবীর মহাকাশ বিজ্ঞানীরা সব রকম যন্ত্রপাতি নিয়ে এটির পুঙ্খানুপুঙ্খ পয্য^‾বেক্ষন করতে থাকেন ও আজো  করে চলেছেন।এই বিশেষ সুপারনোভাটিকে সব রকম ওয়েভ লেন্থের (অথা^‾ৎ রেডিও থেকে গামা রশ্মি পয^‾ন্ত ) টেলিস্কোপের সাহায্যে বিশ্লেশন করা সম্ভব হয়। এটির নাম দেওয়া হয় এস. এন. ১৯৮৭. এ (সুপারনোভা কে জ্যোতিবি^‾দরা এস. এন নামে আখ্যা দ্যান)।   

এই সমস্ত আহৃত তথ্য থেকে বিজ্ঞানীরা সুপারনোভা  সম্পর্কে অনেক কিছু জানতে পেরেছেন।ইউনিভারসিটি অফ শিকাগো তে বিজ্ঞানীরা কম্পিউটারে একটি সুপারনোভা বিস্ফোরণকে পুরোপুরি ভাবে সফটওয়্যারের মাধ্যমে সৃজন করতে সক্ষম হয়েছেন। এটি করতে অবশ্য লেগেছে এমন একটি সুপার কম্পিউটার জার ক্ষমতা ১২৮,০০০ তি ডেক্সটপ এর সমান ও হিসেব করতে লেগেছে ৬০,০০০ ঘন্টা। সুপারনোভার একটি বিশেষ ব্যাপার হল এটি হবার সময় ইলেক্ট্রন ও প্রোটন যুক্ত হয়ে নিউট্রন তৈরি হয় এনং এগুলি প্রচণ্ড চাপে  একসঙ্গে জমে থাকে। ইলেকট্রন ও প্রোটন এর সংযুক্তিতে সৃষ্টি হয় এক ধরনের ভুতুড়ে কণার যার কোণো বৈদ্যুতিক শক্তি নেই কিন্তু ভর আছে । এই সব কণা গুলি প্রায় সব কিছুর মধ্যে দিয়ে কোনো রকম বিক্রিয়া না করে চলে যায় বলে টের পাওয়া যায় না। প্রতি মুহূর্তে আমাদের প্রত্যেকের ভেতর দিয়ে তো বটেই, সমস্ত পৃথিবীর ভেতর দিয়ে অগনিত নিউট্রন চলে যাচ্ছে কিন্তু আমরা বুঝতে পারছি না। এবং শুধু যে মাথা থেকে পায়ের ভেতর দিয়ে চলে যাচ্ছে তা নয় পা দিয়ে ঢুকে মাথা দিয়েও বেরিয়ে যাচ্ছে। এগুলির কথা অনেক দিন ধরেই  বিজ্ঞানীরা ভবিষৎবাণী করেছিলেন কিন্তু কোনোদিন এগুলি পরীক্ষাগারে ধরতে পারেন্নি। এন এস ১৯৮৭এ বিস্ফোরণের সময় কিন্তু পৃথিবীর কয়েকটি জায়গায় (জাপান ও রাশিয়াতে ) মাটির অনেক নিচে ভূগভ^‾স্থ পরীক্ষাগারে বেশ কয়েকটি নিউট্রিনো ধরা পরে। এর ফলে সুপারনোভার জন্মলগ্নে নিউট্রিনোর উতপত্তি সম্বন্ধে বিজ্ঞানীদের অনুমান সত্য প্রমানিত হয়।

সুপারনোভার উৎপত্তিতে যে শুধু বস্তু ও কনার সৃষ্টি হয় তাই নয় ,প্রচুর পরিমানে অত্যন্ত শক্তিশালী ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ওয়েভ বা বিদুত-চুম্বকিও রস্মি যেমন এক্স-রে আর গামা রের সৃষ্টি হয়।এই সব রশ্মি যদি পৃথিবীর খুব কাছাকাছি যথেষ্ট পরিমানে উৎপন্ন হয় তা হলে এগুলি যে শুধু পৃথিবীর বায়ুমণ্ডলের বিশাল  পরিবত^‾ন ঘটাবে তা নয় জীবনের মূল ভিত্তি ডি.এন.এ অনুর পরিবত^‾ন করে দেবে। তাতে ভালো বা খারাপ দুইই হতে পারে তবে জীবন কে যেমন জানি তা পরিবতি^‾ত হয়ে যাবে।

মনে করা হয় ৪৫ কোটি বছর আগে সামুদ্রিক প্রানের যে সামগ্রিক বিনাশ হয়েছিল তার কারন পৃথিবীর কাছে কোনো সুপারনোভার উৎপত্তি।

আমাদের ছায়াপথ বা মিল্কিওএ গ্যালাক্সি তে গড়ে ৫০ বছরে একটি করে সুপারনোভার জন্ম হয়। ছায়াপথে বেশ কয়েকটি তারা আছে যেগুলো যে কোনো সময় সুপারনোভা তে পরিনত হতে পারে। তার মধ্যে বিশেষ হল ইটা ক্যারিনা (প্রায় ৭৫০০ আলো বছর দূরে) আর বিটেলজিউস বা আরদ্রা নক্ষত্র ।আরদ্রা নক্ষত্র ওরাওন বা কালপুরুষ তারামণ্ডলের কাঁধের তারাটি এবং এটি ৫০০ আলো বছর দূরে। এগুলি যেকোনো সময় সুপারনোভাতে পরিনত হতে পারে।সেটা এই মুহুরতেও হতে পারে বা ১০ লক্ষ্য বছর পরেও হতে পারে। কিন্তু হবে যে তা নিশ্চিত এবং যখন হবে তা একটা দেখবার মত জিনিষ হবে। দিনের আলোয় এদের দেখা যাবে এবং হয়তো চাঁদের আলো কে ম্লান করে দেবে।

 আরদ্রা নখত্র Betelegeuse

ancientvisitors.sk এর সৌজন্যে

টাইপ ১এ সুপারনোভার অস্তিত্ব মানুষ অনেক দুরের দূরত্ব মাপার এক হাতিয়ার দিয়েছে। আগেই বলেছি এগুলির ভর এবং তার ফলে অধিকতম ঔজ্জ্বল্য প্রায় সমান। অথা^‾ৎ এর আসল ঔজ্জ্বল্য প্রতি ক্ষেত্রেই প্রায় সমান। তাই এগুলি কত উজ্জ্বল বা ম্লান দেখাচ্ছে তার হিসেব করে সেটা ঠিক কতটা দূরে রয়েছে তার খুব নিভ^‾র যোগ্য হিসেব করা যায়। এর থেকে বোঝা যায় যে গ্যালাক্সিতে এটি রয়েছে সেটি কতটা দূরে। এর ফলে গালাক্সির দূরত্ব ও তার আলোক বিশ্লেষণ রেখাতে রেড শিফ্ট বা ডপলার এফেক্ট বিচার করে তার গতি নির্ণয় করা যায়। গতি ও দূরত্তের তুলনা করে এটা  বোঝা গ্যাছে যে গ্যালাক্সি গুলো যত দূরে তত বেশী বেগে আমাদের থেকে ও একে অন্যের থেকে সরে যাচ্ছে। আর এও জানা গ্যাছে যে যত দূরে এগুলো অবস্থিত তার তত ত্বরন বেশী মানে গতিবেগ প্রতি মুহূর্তে তত বেশি করে বেড়ে চলেছে। গ্যালাক্সিগুলির গতি ও দূরত্ব অনুযায়ী পেছিয়ে গিয়ে (ইন্টারপোলেশন) বোঝা গ্যাছে এই ব্রহ্মাণ্ড প্রায় ১৩.৭ বিলিয়ন বা ১৩৭০ কোটি বছর আগে একটি বৃহৎ বিস্ফোরণ বা বিগ ব্যাং এর থেকে সৃষ্টি হয়েছে।স্থান ও সময়্যের সৃষ্টি হয়েছে সেই মুহুত্তে^‾।আরো বোঝা গ্যাছে যে কোনো অননুভূত শক্তি বা ডাক^‾ এনাজি^‾  আছে যা ক্রমবধ^‾মান বেগে পুরো বিশ্ব কে একে অপরের কাছ থেকে দূরে সরিয়ে দিচ্ছে। অথা^‾ৎ নতুন কোনো আবিস্কার না হওয়া অবধি এটা বলা যায় যে একটা সময় আসবে যে পৃথিবী বা বিশ্বের অন্য কোন জায়গার আকাশে অন্য কোন জ্যোতিষ্ক দেখতে পাওয়া যাবে না ও  ব্রহ্মাণ্ডের মৃত্যু হবে এক হিমশীতল অন্ধকারে। 

SUPERNOVA

Image of a supernova
Courtesy  psxextreme.com

On November 11, 1572 CE (i.e. 1572 AD) Tycho Brahe, the leading astronomer of that time observed a new star appearing in the constellation of Cassiopeia. At that time the world view was that the sky was immutable above moon and atmosphere, that is the sky never changes above moon and atmosphere and remains same from the time God created it. Tycho Brahe carefully measured the parallax of this new object but there was none (a parallax is an angular measurement to find out the distance of an object). This led him to doubt the so called immutable world. This new star became bright for some time and then slowly faded away. He wrote about it in a small book and dubbed it as “nova stella” meaning “new star” in Latin.

In 1604 another new star appeared in the sky and this time another great astronomer Johannes Kepler made very systematic observations of it.

Tycho Brahe
Courtesy theworld.org

Johannes Kepler
Courtesy en.wikipedia.org

It was in 1930s, when the real big telescopes became available to mankind the real nature of these “new stars” became understood bit by bit. The first detailed work was done by astronomers Walter Baade and Fritz Zwicky at Mount Wilson observatory near Los Angeles. Zwicky coined the name ‘supernova’ for these objects.

As we know now they are actually cosmic fireballs caused by the giant explosion of unbelievably mammoth proportions of a star in its death throe. These cosmic cataclysms shine 100 billion times brighter than the sun, equal or more than a whole galaxy for a very brief period.

Not all stars explode at its death. A star like our sun will let off most of its gaseous atmosphere at its and become a white dwarf , only a few thousand miles in diameter and radiate its left over heat for billions of years.

However when a star (particularly a white dwarf) of mass 1.44 times the mass of sun will die a different thing will happen. When this limit exceeds (known as Chandrasekhar Limit ,named after the great Indian physicist Subrahmanyan Chandrasekhar , who discovered it in 1930s) the star will die a different kind of death .It will either explode in to a supernova leaving behind a remnant and a neutron star at its centre or implode into a black hole.

Fritz Zwicky
Courtesy ned.ipac.caltech.edu

Subrahmanyan Chandrasekhar
Courtesy starchildgs.nasa.gov

A supernova explosion expels much of the star’s material at a tremendous velocity of 30000 kilometers /second creating shockwaves in the surrounding interstellar medium.

This shock wave sweeps up an expanding shell of gas and dust called a supernova remnant  .

Supernovas are of mainly two categories, Type-1a and Type -2. Type -1a supernova occurs when a white dwarf accretes mass from a nearby binary star so that after sometime it crosses Chandrasekhar Limit. At this point the internal matters are heated to an extent that carbon fusion occurs and in a runaway nuclear fusion of the substantial mass of the star, it releases enormous energy within a very very short time and the star explodes.

The Type-1a supernova is conspicuous by absence of the hydrogen lines in its spectrum. Also all Type-1a supernovas has almost similar mass and almost same peak luminosity so that they can be used as standard candles to measure distances in our universe.

White dwarf sucking material from companion star and eventually becoming supernova
Courtesy news.harvard.edu

Type-2 supernovas develop differently. Very massive stars reach a point of the nuclear fusion of its core that it produces iron and fusion becomes unsustainable because fusion of iron produces a net energy loss.As there is no energy from inside to counteract the gravitational pressure the star collapses creating a massive shock wave which blows the star apart. The collapse causes violent expulsion of its outer layer into a supernova leaving a neutron star behind. In certain cases the gravitational force may be too great so that the whole star collapses in to a tiny little space becoming a black hole. The gravitational pull of the black hole is such that even the light cannot escape it and remains invisible to the outer world (hence the name “black hole”).Type-2 supernovas are conspicuous by the presence of hydrogen lines in their spectrum.

In the aftermath of a supernova two very interesting thing happens. The heated gas and dust released from supernova become fuel for births of new stars. Also the nuclear fusion creates all the heavier elements like sodium, calcium, oxygen, iron and so on.

These heavier elements propagate through the interstellar space and ultimately make a planet like earth and creatures like human beings. We, who are made of many different elements like sodium, calcium etc and breathe oxygen, owe our lives to supernovas.

Although many observations for a long time are attributed to supernova explosions (the first concrete observations were made by the Chinese in 185 CE) human beings observed a supernova “real time” in 1987 after modern telescopes were built.

Oscar Duhalde, a telescope operator doing regular observation in Chile at Las Campamanas observatory on February 23, 1987 went outside to have a coffee break. As he looked at sky he suddenly saw a “new star” in Large Magellanic Cloud, a nearby dwarf galaxy visible from southern hemisphere. Subsequent observation detected it to be a supernova. This time all the astronomical fraternity focused on this event and mankind was able to observe it not only real time but in a lots of different way; from radio wavelength to high energy wavelengths like x-rays.

From all these observations which are going till date scientists have amassed lots of information about supernovas. In fact in University of Chicago scientist have managed to simulate a supernova explosion (using supercomputers equivalent to power of 128,000 desktops and using 60,000 hours of computing time). One of the significant results of a supernova is the birth of a neutron star. In the neutron stars the protons and electrons are combined to produce neutron stars and are squished together due tremendous gravity. One tea spoonful of neutron star stuff would weigh a billion tons on earth. Also births of neutron stars generate a significant amount of neutrinos, a ghostly particle without electrical charge invisible and able to pass through about everything (steady streams of neutrinos are passing through us and earth at every moment). Scientists have envisaged neutrinos long ago but never able to catch them. However on February 23^rd 1987 the labs made specially to catch neutrinos deep underground earth caught a number of neutrinos confirming both the existence of this particle and also the fact that the new star was a supernova giving birth to a neutron star.

Supernovas not only eject material space but emit electromagnetic waves of high energy like x - rays and gamma rays. These rays, if generated near earth in sufficient proportions have the capacity to alter the atmosphere of the earth as also the basic structures life like DNA. A sufficiently close encounter with a supernova will destroy earth; even more distant supernova will cause our DNA to alter to change irreversibly, so that our basic properties of life will change, for better or worse. In fact it is believed the Ordovician–Silurian extinction of ocean life which happened around 450 million years ago is due to a close enough supernova explosion.

On an average a supernova occurs in our Milkyway galaxy every 50 years. There are quite a few candidates in the Milkyway which may explode any day into supernova. Conspicuous and closest of them are Eta Carinae, 7500 light years away and Betelgeuse in the constellation of Orion, (Indian names: Ardra Nakshatra at the shoulder of Kalpurush) 500 light years away from us. These supergiant stars are due to explode at any moment, but that ‘any moment’ may be now or a million years away in future. But when it happens will be a spectacular thing on earth, shining even on day time, out shining perhaps even moon.

Betelgeuse
Courtesy ancientvisitors.sk

      The existence of Type-1a supernova has given us an insight to the distances, early history and nature of universe which was not there before. As I said, Type-1a supernova has certain same peak luminosity, that is, their true brightness is same. Measuring how dim it looks to us we can gage its distance from us and the galaxy it resides in. That is they are standard candles by which we can measure distances far into the deepest corners of our universe. By interpolating these distances and their velocity (by the Doppler Effect in spectrum analysis) scientists arrived at a conclusion that the existing universe began roughly about 13.7 billion years ago with a Big bang. Also they have found out that the more distant the galaxies are the more velocity with which they expand. Most startling is the discovery that the more distant objects are flying away from us and each other with increasing acceleration. This means at a distant future everything in this universe will be alone and at a certain very distant point of time (trillions of years) there will be nothing to be seen in the sky except darkness and everything in this universe will die in cold darkness. Also it has given rise to the concept of dark energy, the invisible energy which is causing these cosmic objects to accelerate beyond grasp anymore.

Crab nebula , a supernova remnant with a neutron star inside
Courtesy www4.ncsu.edu

Black Hole
Courtesy centauri-dreams.org

LINKS TO MY OTHER BLOGS

FAITH
GAN KOBITA NATOK
VARIOUS ARTICLES

BASICS OF STAR GAZING

Introduction

At the very beginning I must tell you that I am an amateur astronomer and have no pretensions to know astronomy at any great depth.This article should have been titled basics of star gazing but I have included a few useful astronomical informations (for a layman)and  hence the title.

Almost everyone of us at some point of time looked at the sky and watched the stars,the sun and the moon and wondered what they are in actuality.

That wonderment in my case has lead to many questions and view the sky more closely.It started accidentaly one night when I could watch the sky  with a telescope and found the sky an amazing place of infinite beauty and mysteries.

It is not a very easy job to watch sky with a telescope (unless you use very modern computerised go to telescopes) and find objects of interest.The biggest objects in the sky,the sun and the moon has an angular diameter of almost half a degree which is very small when you consider the sky you see has an angular diameter of 180 degree at any point of time (half of the sky is below horizon, otherwise it would have been 360 degrees.) However to catch the moon and sun is realtively easy in telescopes.The catch comes when you want to see the other dim objects which are the things for which you are using the telescope in the first place.

To begin with you must be familiar with the sky.The best thing is just go to your terrace and lie down and look upwards. If you do this for a few days slowly the patterns of sky will be familiar to you. You need a basic skymap to guide you.I found a little book in Bengali written by Biman Bose named Nakshatra Porichoy which hepled me a great deal.You can buy or download some small star map for your help and gradually develop on that.As a beginner you can use Star Maps for beginners by I.M.Levitt and Roy K Marshall.Later on Wil Tirion’s Sky Atlas 2000 may be used for medium and advanced level. In a computer you can use the free software Stellarium for easy guidance.

If you look at the sky now ( it is October and place is India,Kolkata) you will find three bright stars almost at the middle of the sky.These are Vega, Deneb and Altair.The indian names of Vega nd Altair are Abhijit and Shravana respectively.These three stars are popularly called summer triangle. (For your information Vega will be our pole star at around AD 13,727). Vega is in the constellation Lyra,Deneb in Cygnus and Altair is in Aquila.For your information constellations are nothing but groups of stars which form  a pattern in sky and named for easy reference and recognition.These stars may be close together or far from each other and only their position in the sky which makes them to be in the same constellation.As you go on familiarizing your self with the sky you will be able to recognise stars and constellations immediately.

Summer Triangle

Type of Telescopes

Once you know the bright stars quite easily you can begin to navigate in sky the with your telescope.There are generally three kinds of telescopes which are available for visual observation.

1)      Refractors

2)      Reflectors or Newtonians

3)      Catadioptric (Schmidt or Maksutov -  Cassegrain.)

Refractors use combination of lenses to form a image of an object which is viewed by an eye piece.These are the oldest kind of telescopes and was used by Galileo

Schematic Diagram of A refractor

A refractor telescope

Relectors use parabolic mirrors to form an image of the object and is viewed by the eye piece lense.This was inroduced by Newton and hence it is also called Newtonians.These are by far most popular and cheap and used by most amateurs.These can be built at home with a little patience and hard work.

Schematic Diagram of a Netonian Telescope

A  Reflector (Newtonian)

Catadioptrics  are more complicated modern version telescopes which uses both concepts and the light is reflected several times in telescope tube which makes them very handy,easy to use and very good resolution capabilities.Modern computerised go to telescopes are mostly of these types. But they are costly.

Schematic Diagram of a Maksutov Cassegrain Telescope

Maksutov-cassegrain computerised telescope

For sky watching you need at least a 3 inch (75 mm) refractor or a 4 inch Reflector or cassegrain telescope.

Type of Mounts

Supposing that you have acquired a telescope you have to choose the mount of the telescope.There are two types of mounts

1. Altitude-azimuth
2. Equatorial

In alt-azimuth mounts telescope can be rotated in horizontal and vertical axis .This is useless for sky watching unless you have computerised telescope like celestron nexstar.

Alt-azimuth mount

In Equatorial mount one of the axis of the telescope is parallel  with the axis of the rotation of earth (polar axis). As you know as the earth moves from west to east at a fixed rate.The celestial objects moves in the sky in the opposite direction (i.e east to west) at the same rate.Once one of the axis is aligned with axis of earth’s rotation you can track a celestial object in the sky continuously once you find it just by rotating your telescope in polar axis.Unless you do that the object will move away continuously out of field of your telescope.

Equatorial mount.

Right Ascension and Declination

You can imagine the sky as big opaque vault on which celestial bodies are embedded.As the sky moves from east to west the bodies are also moving from east to west and their positions are fixed on the sky.According to its position each body has a celestial coordinate just like each place on earth has a latitude and longitude.In astronomical jargon they are called Right Ascension and Declination. Right Ascension or R.A is like latitude an is measured from an imaginary point of sky known as FIRST POINT OF ARIES.Declination or DEC is like longitude and is measured 0-90 degrees from celestial equator( celestial equator is parallel to earth’s equator in sky).Every celestial body has a fixed R.A and DEC except sun,moon and planets whose movements are more complicated.

Right Ascension and Declination

Polar Alignment

The next thing to do is to polar align your telescope.If you are in northern hemisphere it is easy.First you have to identify the pole star or Polaris.Then make the adjustments so that the RA axis of your mount is so that your guider scope points at Polaris.Then make further adjustments with your main eye piece lense so that it is in the centre of eye piece.Actually the north celestial pole is less than ½ degree away  in RA and and less than a degree in DEC and it is helpful for ordinary viewing.For astrophotography you need much more rigorous and accurate polar alignment.

Before I return to star gazing I want to give you an important information.The bigger the aperture of your telescope objective lense or mirror the more light gathering power it has and you can see objects dimmer and farther away in space.

Star Hopping

 Now that you have a telescope and mounted in polar axis you can start finding a celestial object of your choice. Finding a celestial object in sky is not easy as I told you earlier because they are very very small.Most celestial objects does not have an angular diameter more than a few arc second or minute. It is like finding a pin in a big warehouse.

The trick is to find it by its neighbourhood.Just like you go to some unknown place by knowing a landmark near it.Suppose you know a star and you know a  dim object (a nebula or galaxy) is nearby.You go to the next closest star using your star chart until you finally arrive to your desired object.

But to do this you have to know the  magnification and true field of view .

Magnification = Focal length of telescope (in mm) ÷ Focal length of eye piece. (in mm)

My telescope has a focal length of 1300 mm.If I use a 25 mm eye piece the magnification will be 1300 ÷25 = 52 that is objects are magnified 52 times.

Now the True field = Apparent Field of eye piece ÷ magnification

Apparent field of eye piece is supplied by the manufacturer.The 25 mm eye piece has an apparent field of 52 degree. Therefore the true field = 52÷ 52= 1˚.

(The following portion of Star Hopping is adapted fom an article from NIGHT SKY INFO)

If you don't know the apparent field of the eyepiece the matter becomes a little more complicated... In order to find out the visual field of the eyepiece in this particular case, you should direct the instrument to a star as close as possible to the celestial equator, set the star at the edge of the visual field and measure the time it takes for the star to cross the eyepiece, without moving the instrument. Knowing that a star near the celestial equator will move one degree every four minutes, you can calculate the visual field of the eyepiece.

Now that you know the visual field and the scale of the atlas you can make either wire or plastic rings that will represent the field. If the eyepiece has a visual field of two degrees and the scale of the atlas measures 8-mm per degree, the ring should have a diameter of 16-mm. The ring is extremely useful when the object to be localized is found in an area of the sky with very few stars, normally it is not used too often.

In order to find a celestial object with the star hopping method, the visual field of your eyepiece should be as large as possible, so don't use great magnification. This way you will be able to see several stars in the field, and will have reference points. Only when you have found the desired object should you use eyepieces with great magnifying power.

The finder-scope

The finder attached to the main instrument is also very important. It would be great to have a finder with an aperture as large as possible (50-mm would do best). With a six to seven degree visual field, such a finder will point far more stars than visible with the naked eye, thus being very easy to identify the area where the target is. You can determine the visual field of the finder with the help of methods described so far.

Coping with mirror or inverted images

According to the type of instrument you are using, the images will be either inverted or reversed (mirror image). Newtonian telescopes give an inverted image (north becomes south), while instruments with a diagonal (a small mirror) will give reversed images.

The solution every time you use a Newtonian telescope is simple: turn the maps upside down. The problem occurs with instruments using a diagonal. A solution is to flip over your sky chart and shine a light behind it to view a mirror image of the printing through the paper.

A little theory...

In order to start a star hopp the first step would be to identify on the atlas the area where your aimed object is. After this find a star, or a group of brighter stars visible with the naked eye and situated as close as possible to the target.

Without looking through the finder or telescope, with both eyes opened, look along the instrument and point it to the area of interest. The point is to center in the finder, after having consulted the atlas, a group of stars that stand out among the rest. It is extremely important that this point of reference should fit into the visual field of the finder so that it may be recognized even if it is not centered perfectly.

The more difficult part is to memorize the shape of the pattern formed by the group of stars, in some cases you may need to return to the group after having passed by it. Confusions may occur in case you mistake a group for another, only to finally find yourself a few degrees away from the targeted object. The solution is to associate a familiar shape to a group of stars (line, triangle, circle or square), thus you will succeed in memorizing them more easily.

And the real thing. Star hopping exercise

M92 is a beautiful globular cluster in Hercules, about 26,000 light years distant from Earth. It is an easy target even for small telescopes, and on clear nights it can be spotted with binoculars, if you observe on a dark sky far from city lights.

For this star hopping example let's say that your finder-scope's field is five degrees

and the eyepiece field is one degree. The large circle represents the field of the finder-scope and the small circle is the field of the eyepiece.

To get to M92 first locate the bright star Pi Herculis, shining at 3rd magnitude. Center it in the field of your finder-scope and sweep one more field, following the line drawn from Pi to Iota Herculis. At the edge of the field look for four stars arranged in a line, and center them in your eyepice. Move one degree in the direction of Iota Herculis and M92 will be right in the center of your eyepiece.

Spotting M92

Modern GO TO Telescopes :

Modern computerised telecopes has almost made old star hopping techniques as a thing of past But they are costly and I would suggest that beginners should use old inexpensive telscopes to begin with.Knowing the sky and discovering objects are half the fun of stargazing.

GO TO telescopes computerised software to locate a celestial object.What you have to do is just have your telescope looking at the sky,align it with some bright stars (unknown or known to you) and press the button to move the telescope to find your desired object.This has made astronomy easy and almost child’s play.Some amateurs are now finding supernovas very soon without much struggle.These telescopes even do not require them to be on an equatorial mount. They are mounted on alt-azimuth mounts and once it latches on  an object it goes on correcting the alt-azimuth according to the RA and DEC of the body with time so that it is always in the field of telescope.Some telescopes include global postioning systems so it gets its own information about where you are.However for astrophotography accurate and rigorous polar alignment is needed even with these.But the most modern ones have all star polar alignment systems which makes it also much easier.However these are quite costly at present and it is a matter of subjective opinion whether you should buy it as your first scope.

Apparent magnitude of a celestial body:

 The apparent magnitude  of a celestial body is a measure of its brightness as seen by an observer on earth, normalized to the value it would have in the absence of the atmosphere. The brighter the object appears, the lower the value of its magnitude. Celestial objects with apparent magnitude upto 6 is said to be visible to a naked human eye in a dark ,clear night although genrally we can see upto 3 rd magnitude stars. The sun has a apparent magnitude of -26.74, full moon -12.92, Sirius the brightest star -1.47,Vega 0.03, .Polaris 1.97and Andromeda galaxy 3.44.

Useful formulas :

                      116

Resolution = —— seconds

                       D

 D = Diameter of telescope in mm.

Example: A 10" (254 mm) telescope

       

                       116

 Resolution = ——  = 0.5 seconds

                       254

The size of an image depends on the focal length of your telescope. For example, the longer the focal length, the larger the object:

 

               fθπ

    w =  ————

               180

w = width of image

f =  focal length

θ= apparent diameter ( i.e Moon = 0.5˚ )

How faint an object a telescope can see

   m = 2.7 + 5 log D

   D = Objective lense diameter

Where m is the limiting magnitude. Example, our 10" telescope:

m=2.7+5 log254

   = 14.7

The faintest object a 10" telescope can see is with a visual magnitude of 14.7 (Pluto has a magnitude of around 13.8).

f/number = Objective Focal Length / Objective Diameter.  Example: A 2000 mm focal length telescope that has 200 mm (8 inch) diameter yields a value of f/10.

Exit pupil = Objective Diameter / Magnification = Eyepiece Focal Length / Objective f/number

Some data about celestial objects:

Moon: This is the closest of all celestial bodies fom earth and a natural satellite of earth.Although man has already landed on moon it is the first object a beginner would like to view from his telescope.Great details of moon are visible even from a small telescope and it is the easiest object to align.However moon’s movements are a bit complicated as it goes eastwards almost 12 degrees every 24 hours.Moon filters can be used to increase contrast and bring out details of moon surface.

Moon’s surface.

Planets:As we all know our solar system has 9 planets namely Mercury,Venus, Earth,Mars,Jupiter,Saturn, Uranus Neptune and Pluto.From a small telescope Venus,Mars, Jupiter and Saturn are quite a view and lots of time should be spent on that.Viewing mercury is difficult because it is very small and close to sun but is possible.Uranus and Neptune are small bodies like stars from small telecopes and it takes a big telescope to get Pluto in the view.

Venus: Venus is popularly known in Bengal as Suktara or Sandhyatara according to the time it rises in east and west respectively.In addition to the movements like star the planets slowly move from one zodiacal constellation to other because of their motion around the sun. These sometimes causes viewer to see retrograde motion of planets ( they seem to move on back gear) .Zodiacal constellations are those which lie within almost 10 degree north and south of the ecliptic,i.e, the yearly motion of sun.

Venus

Mars

Jupiter

Saturn

Sun:It is the closest star from earth and even a small telescope shows sunspots on it.Remember to take special precaution while watching sun through telescope..use a filter from a reputed company like celestron to completely cover the objective (the main lense or mirror) of your telescope (do not use filters which covers the eye piece lense which can be easily destroyed from the heat gathered by sun’s ray). Do not look at the sun directly even with the guider scope .Without these precaution you can be blinded for life time in a fraction of a second.

• The best time to observe the Sun is in the early morning or late afternoon when the air is cooler.

• To center the Sun without looking into the eyepiece, watch the shadow of the telescope tube until it forms a circular shadow.

Sun spots

Double stars: a double star is a pair of stars that appear close to each other in the sky as seen from Earth when viewed through an optical telescope. This can happen either because the pair forms a binary star, i.e. a binary system of stars in mutual orbit, gravitationally bound to each other, or because it is an optical double, a chance alignment of two stars in the sky that lie at different distances.Albireo, which is close to Deneb in Cygnus is a bright double star,actually a binary.There are also multiple star systems where more than two stars are gravitationally bound to each other.

Albireo

Nebula: A nebula  is an interstellar cloud of dust, hydrogen , helium  and other ionized gases. These are within our own Galaxy,i.e,Milkyway.Sometimes new stars form in nebulae like Orion nebula which is visible in the south of orion’s belt.

Orion nebula

Galaxy: A galaxy is a massive, gravitationally bound system that consists of stars and stellar remnants, an interstellar medium of gas and dust, and an important but poorly understood component tentatively dubbed dark matter.Our solar system is part of our own galaxy Milkyway.It is spiral galaxy with diameter about 100,000 light years and containing 200-400 billion stars.There are billions of galaxies.The closest spiral galaxy is Andromeda almost 2.5 million light years away and a naked eye object in a dark clear night and visible with a small telescope.

Andromeda Galaxy

Open clusters : An open cluster is a group of up to a few thousand stars that were formed from the same giant molecular cloud and have roughly the same age. They are loosely bound to each other by mutual gravitational attraction. Most notable open clusters are Pleiades (indian name Krittika) and Hyades and are visible with naked eye and are beautiful viewing objects with a telescope.

Pleiades.

Globular clusters: A globular cluster is a spherical collection of stars that orbits a galactic core as a satellite. Globular clusters are very tightly bound by gravity, which gives them their spherical shapes and relatively high stellar densities toward their centers. Globular clusters, which are found in the halo of a galaxy, contain considerably more stars and are much older than the less dense galactic, or open clusters.

Globular Cluster.

A few words about astrophotography:

For astrophotography you need to have very accurate Polar alignment of your telescope.It is done with the help of setting circles (in modern GO TO telescopes setting circles need not be there) and using the drift of stars.Photography can be done by DSLR cameras either mounted piggy back on a telescope or at the back of it using a T-ring and T-adapter to latch your camera with the telescope. In the latter case telescope itself becomes a big telephoto lense.To take photographs of very dim objects you need to take long exposure photographs.

Camera at the back of telescope

Astrophography with camera mounted piggy back on telescope.

That’s all folks.

http://www.youtube.com/watch?v=oAVjF_7ensg