ВЗРЫВЫ И СВЕРХВЗРЫВЫ

Классические новые звезды, или просто новые, вспыхивают в результате падения вещества аккреционного диска на поверхность белого карлика со скоростью около 1000 км/с. Аккреционный диск почти полностью состоит из водорода и посему может служить топливом термоядерных реакций. Для этого нужно, чтобы водород разогрелся до критической температуры порядка 10 млн K. Поскольку эти реакции интенсивно выделяют энергию, на поверхности белого карлика образуются ударные волны, которые буквально взрывают его внешний слой и выбрасывают сверхгорячую плазму в окружающее пространство. Светимость системы в течение нескольких суток возрастает на 3–6 порядков и достигает 100 000 светимостей Солнца. По завершении вспышки белый карлик начинает копить на поверхности новый запас водорода, который со временем станет топливом для очередного взрыва. Согласно теории, классические новые могут загораться с интервалом в 10 000 лет, но до сих пор этого еще не наблюдали — история астрономии значительно короче.

Другой вид катаклизмических переменных — повторные новые. Это весьма редкие «звери космического зоопарка», в нашей Галактике таких отловили всего десяток. Они увеличивают яркость в среднем не больше чем тысячекратно, зато вспыхивают каждые 10–100 лет. Механизм таких вспышек пока в точности неизвестен. Предполагают, что они возникают при интенсивной (до одной десятимиллионной массы Солнца в год) аккреции водорода на поверхность самых тяжелых белых карликов, чья масса лишь немногим меньше предела Чандрасекара.

Еще один интересный подкласс — симбиотические новые. Эти катаклизмические переменные отличаются очень широким спектром излучения, который охватывает большинство диапазонов электромагнитных волн. Они возникают в парах, состоящих из пульсирующего красного сверхгиганта на последней стадии своей эволюции и молодого, а потому очень горячего белого карлика средней массы. Звезда-донор в заключительной фазе интенсивно сбрасывает вещество оболочки и приближается к превращению (через несколько миллионов лет) в белый карлик. Полагают, что именно этот процесс лежит в основе специфического характера спектра симбиотических новых, хотя многие детали еще не ясны.

Самый блистательный (и в прямом, и в переносном смысле!) результат аккреции водорода на углеродно-кислородный белый карлик — вспышка сверхновой. Согласно стандартному сценарию (а есть и другие), она происходит, когда приток аккрецируемого вещества доводит массу карлика-акцептора до предела Чандрасекара. Поскольку в этом случае давление вырожденного электронного газа уже не способно противостоять гравитации, карлик сжимается примерно втрое, а температура его центральной зоны резко возрастает. По достижении 400 млн K начинается термоядерное горение углерода, которое дополнительно нагревает ядро. Поскольку давление вырожденного газа при этом не увеличивается (оно не зависит от температуры!), ядро не расширяется и, следовательно, не охлаждается. Это приводит к катастрофическому росту темпа термоядерных реакций, которые за доли секунды порождают все более тяжелые элементы вплоть до радиоактивного никеля. Фронт термоядерного горения движется от ядра карлика к поверхности, скорее всего, сначала с дозвуковой, а затем и со сверхзвуковой скоростью, карлик взрывается и разбрасывает все новосинтезированное вещество по окружающему пространству.

Поскольку углеродно-кислородный карлик не имеет водорода и его линии отсутствуют в спектре излучения сверхновой, ее относят к первому типу, а конкретно — к подтипу Ia. Напротив, подтипы Ib и Ic — бедные водородом коллапсирующие сверхновые (сверхновым Ic не хватает еще и гелия). Принято считать, что они лишились внешних слоев еще до взрыва, что и объясняет их спектральные аномалии.

Сверхновые подтипа Ia (SN Ia) очень эффектны. Выброшенный в пространство никель-56 дает начало радиоактивному изотопу кобальта с таким же атомным весом, а тот — стабильному изотопу железа. Распад ядер никеля и кобальта сопровождается гамма-излучением, которое нагревает остатки взорвавшейся звезды и заставляет их интенсивно светиться в рентгеновском и видимом диапазонах.

SN Ia обладают замечательной особенностью, за которую их обожают и астрономы, и космологи. Эти звезды прекрасно работают в качестве так называемых стандартных свечей. У них примерно одинаковая пиковая светимость, в 4 млрд раз превышающая солнечную. Ее постоянство не абсолютно, однако отклонения от среднего уровня не превышают 20–30% и без особых проблем поддаются учету. Поэтому наблюдение таких сверхновых сыграло первостепенную роль в состоявшемся два десятилетия назад открытии ускоренного расширения Вселенной. Но это уже совсем другая история, которая будет рассказана позже.

Есть и альтернативные объяснения природы сверхновых. Не исключено, что они вспыхивают и в звездных парах, состоящих из двух белых карликов. При вращении вокруг общего центра инерции они излучают гравитационные волны, теряют кинетическую энергию, сближаются и, в конце концов, сталкиваются и сливаются. Результаты таких слияний описываются множеством моделей. Некоторые сценарии именно таким образом объясняют взрывы сверхновых типа Ia — иногда с задержкой на тысячи и десятки тысяч лет, а иногда практически сразу после столкновения. Споры на эту тему идут уже лет пятнадцать, и конца им не видно.