Когда взрываются звезды

Эта история случилась примерно 450 лет тому назад прекрасным ноябрьским вечером, когда молодой датчанин по имени Тихо Браге вышел на улицу и по привычке посмотрел на небо. Тихо Браге был астроном, астролог и неутомимый дуэлянт! В одной из дуэлей Тихо отрубили клинком нос, и, чтобы не шокировать своим обезображенным лицом окружающих, Браге до самой смерти носил на лице серебряный протез в форме носа.

Так вот, выйдя на улицу тем прекрасным ноябрьским вечером 1572 года и задрав свой серебряный нос к небу, Тихо Браге застыл в полном изумлении. Он, хорошо знавший к тому времени рисунок звездного неба – все главные звезды и созвездия, – вдруг увидел на небосклоне в созвездии Кассиопеи новую звезду, которой еще вчера вечером не было.

Разве такое возможно?

Со времен великой древности всем было прекрасно известно: звезды вечны и неизменны. Столетиями и тысячелетиями одни и те же звезды, сгруппированные в одни и те же неизменные созвездия, светят людям по ночам. И с начала времен не было такого, чтобы в небе вдруг зажглась новая звезда! Причем не просто звезденка какая-то там еле заметная, которую без подзорной трубы и не разглядишь, а звезда довольно большой яркости, видимая невооруженным глазом, – она вдруг засияла на небе, изменив привычный рисунок созвездия.

С тех самых пор внезапно вспыхнувшие на небе яркие звезды называют новыми или сверхновыми. Вспыхивают они внезапно, неожиданно для всех и светят недолго, после чего тихо гаснут.

Что это за явление такое и чем отличаются новые звезды от сверхновых?

Прежде всего надо понять, что вспышка новой или сверхновой – это не внезапное рождение звезды с ее скорой последующей молниеносной погибелью. Это просто взрыв уже существующей звезды. Просто звезда эта так тускла на ночном небе, что практически незаметна. Но при ее взрыве выделяется столь умопомрачительная энергия, что едва различимая в телескоп точечка сразу переходит в звезды первой величины, и возникает полное впечатление, будто на небе зажглась новая звезда. Отсюда и названия – новая или сверхновая.

Новая звезда отличается от сверхновой только мощностью взрыва. Это примерно как атомная бомба и водородная. Атомная – это страшно. А водородная – вообще жесть!.. Новая звезда увеличивает при взрыве свою яркость в тысячи и сотни тысяч раз. А сверхновая – в миллионы и миллиарды раз!

Представьте себе двойную звездную систему, состоящую из двух кружащихся друг вокруг друга звезд (астрономы говорят в таких случаях, что звезды кружатся вокруг общего центра масс), сцепившись «ручками» взаимного тяготения. Но одна из этих звезд представляет собой плотный белый карлик, а вторая – большая, но «рыхлая», довольно разреженная звезда с низкой плотностью.

Крепенький белый карлик все время подворовывает газовую шубу у своего партнера, постепенно «раздевая его» и утаскивая в себя газ из верхних слоев невнимательного гиганта. В результате на поверхности плотного белого карлика образуется слой водорода, который, постепенно накапливаясь и разогреваясь в мощном поле тяготения белого карлика, взрывается подобно тому, как взрывается водород в термоядерной бомбе. Это не то равномерное горение термоядерной печки, какое мы наблюдаем в центре обычных звезд, а именно взрывной «нештатный» процесс резкого выгорания накопившегося на поверхности белого карлика чужого «соседского» водорода.

Причем эти вспышки, резко увеличивающие светимость двойной системы в десятки или сотни тысяч раз, могут происходить не раз и не два, а периодически – по мере накопления очередной порции топлива на поверхности белого калика. Вот это и называется «новая звезда», хотя на самом деле дело происходит в системе двойной звезды в результате взаимодействия двух звезд, одна из которых плотный белый карлик, а другая – рыхлый гигант. Такого рода вспышка разгорается несколько дней и длится годами, пока весь уворованный белым карликом водород не выгорит. И – до следующего раза.

Совсем иное дело – вспышка сверхновой! Подобное катастрофическое явление случается с очень массивными звездами, которые во много раз тяжелее нашего Солнца. Эти гиганты постепенно, слой за слоем, нарабатывают все более и более тяжелые элементы таблицы Менделеева, как и положено порядочным звездам, – во внешних слоях еще горит водород, слоем ниже – гелий, ниже кремний, магний, углерод и так далее вплоть до железа, которое синтезируется в самом центре при гигантских температурах, и само оно быть топливом для дальнейшего синтеза уже не может. Мы теперь знаем почему: железо – самый стабильный элемент с самым высоким дефектом масс, и для того, чтобы развалить железо или, наоборот, добавить к нему какие-то части, нужно приложить внешнюю энергию, в то время как с элементами легче железа ситуация обратная – они сами, сгорая, дают энергию для свечения звезды. Огромная масса звезды в данном случае необходима, чтобы сил ее мощнейшего тяготения хватило для такого сжатия вещества, при котором достигаются температуры, необходимые для получения железа.

Итак, в центре большой звезды оседает несгораемый «шлак» в виде железа, и термоядерное горение, которое распирало центр звезды мощнейшим излучением и противодействовало гравитации, прекращается. Силы гравитации, которым больше ничто не сопротивляется, начинают дальнейшее сжатие вещества в центре. Но поскольку звезда гигантская, ее сила тяготения столь велика, что начинает вдавливать электроны в протоны, образуя нейтроны. И вместо ядер железа, между которыми шебуршились электроны, остаются одни нейтроны. Мы уже говорили об этом.

Плотность вещества скачком возрастает, то есть центр звезды как бы резко схлопывается вовнутрь. А за ним обваливаются к центру внешние слои, в которых шло неспешное послойное равномерное горение. В результате этой катастрофы квадриллионы тонн топлива с огромной скоростью устремляются вниз, точнее, к нейтронному центру звезды, разогреваясь и повышая температуру настолько, что постепенное и упорядоченное термоядерное горение превращается в неуправляемый термоядерный взрывище! Который буквально разносит звезду во все стороны, оставляя в центре малюсенькую нейтронную серединку.

А все квадриллионы тонн вещества разметает в космос. Вот в момент этого чудовищного взрыва и образуется та дополнительная энергия, которая и позволяет большим ядрам преодолевать электрическое отталкивание и сцепляться короткодействующими ядерными силами, образуя более тяжелые, чем у железа, ядра. А затем, поскольку ядра атомов разметает вокруг вместе с неприкаянными свободными электронами, по мере разлета и остывания, электрончики уже становятся не такими шебутными и энергичными и спокойно притягиваются к ядрам. Получается нормальное вещество – квадриллионы тонн атомарной космической пыли из смеси самых разных элементов таблицы Менделеева.

Именно это вещество и служит основой жизни. Облака этого вещества медленно-медленно, под действием гравитационного притяжения собираются вместе, образуя сначала пылевую туманность в виде крутящегося пылевого диска, в центре которого зажигается на остатках водорода новая звезда, а вокруг постепенно формируются планеты из более тяжелых элементов.

Почему планеты – преимущественно из тяжелых?..

Потому что, загоревшись в центре этого пылевого облака, новорожденная звездочка своим излучением начинает окружающую менделеевскую пыль сортировать, отгоняя солнечным ветром более легкие элементы к краю, а более тяжелые остаются поближе к светилу. В результате мы имеем то, что имеем на примере нашей Солнечной системы, где на периферии, дальше от Солнца, крутятся большие планеты, представляющие собой газовые пузыри, типа Юпитера, а рядом с Солнцем вращаются мелкие, но тяжелые планетки – Меркурий, Венера, Земля, Марс. По сути, они представляют собой металлические шарики, покрытые коркой окислов или, попросту говоря, ржавчины. На одном из таких металлических ржавых шариков мы и живем. И нам нравится.

Но вернемся к сверхновым… Хочется еще немного поводить читателя за руку вокруг этой величайшей звездной катастрофы, чтобы он как можно полнее ощутил мощь сего природного явления.

Взрыв сверхновой настолько чудовищен, что за какие-то секунды и минуты сверхновая выделяет больше энергии, чем все звезды во всей галактике за то же время. А звезд в нашей галактике, напомню, 200 миллиардов. Вот какая концентрация!

После взрыва, который длится около месяца (это сущее мгновение по сравнению с сотнями миллионов лет жизни звезды), на месте бывшего гиганта, ранее простиравшегося на миллионы километров, остается крохотная нейтронная звездочка диаметром примерно в 15 километров, окруженная разлетающейся туманностью.

Однако даже сверхновые – это еще не предел звездных безумств. Существует такое явление, как гиперновые звезды. Это взрывающиеся звезды, мощность которых превышает даже взрывы сверхновых. Так рвутся звезды, масса коих более чем в 80 раз превышает солнечную. Считается, что именно гиперновые ответственны за самое, пожалуй, опасное космическое явление – так называемые гамма-вспышки.

Гамма-излучение – это жесткое излучение, основной фактор поражения ядерного оружия. Именно гамма-лучи вызывают страшную лучевую болезнь, от которой в мучениях помирают люди. Так вот, иногда радиоастрономы засекают в небе невероятно мощные вспышки гамма-излучения, которые длятся от нескольких сотых долей секунды до нескольких суток. Но обычно это секунды. Секунды! Но за эти секунды выделяется в виде гамма-лучей такое количество энергии, которое десяток звезд типа нашего Солнца не излучат и за 10 миллиардов лет!

Можно сказать и по-другому: одна такая гиперновая вспышка за секунды излучает такую мощность, сколько за те же секунды все звезды вселенной!

Представляете, кошмар какой?..

По счастью, все гиперновые вспышки ранее регистрировались вне нашей галактики. Потому что если такая вспышка произойдет где-нибудь в нашей Галактике, ну, скажем, на расстоянии до 300 парсеков (примерно 1000 световых лет), жизнь на Земле будет уничтожена полностью или частично. Возможно, подобную катастрофу наша планета уже переживала в своей истории. Есть предположение, что примерно 450 миллионов лет назад на Землю обрушился мощный ливень гамма-излучения, что привело к гибели 60 % всех видов на планете. Эта катастрофа в науке носит название Ордовикско-силурийского вымирания, и ее причины никому не известны. Но на роль убийцы гиперновая вполне подходит.

Слава богу, что случаются подобные ужасы очень редко. Хотя, что значит редко? Вот вы часто попадаете под машину? Надеюсь, ни разу. Для каждого отдельного человека это событие очень маловероятное. Но людей-то миллиарды! И потому каждый день в мире погибают под колесами 3500 человек. А за год набирается миллион с четвертью. И это только погибших, не считая раненых.

Вот и с гиперновыми так. Астрономы наблюдают эти гамма-вспышки во всех концах вселенной почти каждый день. Причем любопытно, что гиперновые взрываются гораздо реже сверхновых, а вот наблюдаются они чаще – в год удается засечь примерно пять десятков сверхновых, а гиперновых – сотни. Почему такое противоречие? Да потому что гиперновые обладают такой мощностью, что после взрыва в любом уголке вселенной их излучение достигает Земли и засекается учеными. Скажем, 29 марта 2003 года довольно мощная гиперновая взорвалась от нас на расстоянии в 800 мегапарсек. Заметьте, не парсек, а мегапарсек, то есть миллионов парсек!.. А вот обычные сверхновые, взорвавшиеся очень далеко, могут остаться незамеченными – не добивает! Оттого и регистрируются гиперновые вспышки чаще: они просто заметнее в силу гигантизма явления.

Но поскольку галактик во вселенной чертова уйма или даже больше, то с учетом частоты регистрируемых вспышек можно сказать, что в одной галактике гиперновая в среднем вспыхивает с частотой раз в 10 миллионов лет. А обычных сверхновых взрывается по нескольку штук за сотню лет. И это все значит, что во вселенной практически каждый день кто-то «попадает под машину» – на какой-то из планет, а может, и не на одной погибает цивилизация или просто жизнь.

Чтобы лучше осознать труднопредставимую мощь гиперновой, можно привести такой пример. Одну из зафиксированных астрономами мощных гамма-вспышек можно было разглядеть с Земли невооруженным глазом (потому что вместе с гамма-квантами звезда мощно выстреливает и в обычном оптическом диапазоне, то есть нормальным видимым светом), хотя взрыв произошел очень далеко – в 7,5 миллиарда световых лет от Солнечной системы. Так вот, если бы он произошел в соседней галактике, например, в Туманности Андромеды, ночное небо осветила бы вспышка, по яркости равная яркости полной Луны. А если бы взрыв произошел на дальнем от нас краю Млечного Пути (то есть на краю нашей галактики), его видимая яркость сравнилась бы с яркостью дневного Солнца. По счастью, этого не случилось.

Но есть и плохие новости! Ближайшим кандидатом на гиперновую в нашей галактике является гигантская звезда Эта в созвездии Киля. Она уже достаточно давно ведет себя нестабильно. И считается, что в ближайшем астрономическом будущем превратится в гиперновую. Со всеми вытекающими отсюда последствиями. Что значит «ближайшее астрономическое будущее»? Это значит, в течение ближайших 10–15 тысяч лет, что по меркам вселенной практически завтра…