Маса якоїсь зірки більша за нову чи наднову. Спостереження наднових зірок

Вибух наднової зірки – це подія неймовірних масштабів. Фактично, вибух наднової означає кінець її існування або, що також має місце, переродження у вигляді чорної діри або нейтронної зірки. Кінець життя наднової завжди супроводжується вибухом величезної сили, під час якого речовина зірки викидається в космос з неймовірною швидкістю та на величезні відстані.

Вибух наднової триває всього кілька секунд, але за цей проміжок часу виділяється просто феноменальна кількість енергії. Так, наприклад, спалах наднової може виділяти в 13 разів більше світла, ніж ціла галактика, що складається з мільярдів зірок, а кількість радіації, що виділяється за секунди, у вигляді гамма- і рентгенівських хвиль в рази більше ніж за мільярди років життя.

Оскільки спалахи наднових тривають зовсім недовго, особливо з урахуванням космічних масштабів і величин, дізнаються про них переважно за наслідками. Такими наслідками є величезних розмірів газові туманності, які ще довгий час після вибуху продовжують світитися і розширюватися в просторі.

Мабуть, найвідомішою туманністю утвореної в результаті спалаху наднової є Крабоподібна туманність. Завдяки хронікам давньокитайських астрономів відомо, що виникла вона після вибуху зірки у сузір'ї Тельця у 1054 році. Як можна здогадатися, спалах був настільки яскравим, що спостерігати його можна було неозброєним поглядом. Зараз Крабовидну туманність можна побачити в темну ніч за допомогою звичайного бінокля.

Крабовидна туманність досі продовжує розширюватися зі швидкістю 1500 км/сек. На даний момент її розмір перевищує 5 світлових років.

Фото вище скомпановано з трьох знімків, зроблених у трьох різних спектрах: рентгенівському (телескоп Чандра), інфрачервоному (телескоп Спітцер) та звичайному оптичному (). Рентгенівське випромінювання представлене блакитним кольором, його джерело – пульсар – неймовірно щільна зірка, утворена після смерті наднової.

Туманність Сімеїз 147 - одна з найбільших відомих на даний момент. Наднова вибухнула приблизно 40 000 років тому, породила туманність розмірами 160 світлових років. Відкрита була радянськими вченими Г. Шайоном та В. Газе у 1952 році в однойменній Сімеїзській обсерваторії.

На фото останній спалах наднового, який можна було спостерігати неозброєним оком. Відбулася 1987 року в галактиці Велика Магеланова Хмара на відстані 160 000 світлових років від нас. Великий інтерес представляють незвичайні кільця у вигляді цифри 8, про справжню природу яких вчені поки що будують припущення.

Туманність Медуза із сузір'я Близнюки вивчена не так добре, але дуже популярна через небувалу красу і велику зірку-компаньйону, яка періодично змінює свою яскравість.

Наднові зірки- одне з найграндіозніших космічних явищ. Коротко кажучи, наднова - це справжній вибух зірки, коли більшість її маси (а іноді й вся) розлітається зі швидкістю до 10 000 км/с, а залишок стискається (колапсує) в надщільну нейтронну зірку або в чорну дірку. Наднові відіграють важливу роль в еволюції зірок. Вони є фіналом життя зірок масою понад 8-10 сонячних, народжуючи нейтронні зірки та чорні дірки та збагачуючи міжзоряне середовище важкими хімічними елементами. Всі елементи важчі заліза утворилися в результаті взаємодії ядер легших елементів та елементарних частинок під час вибухів масивних зірок. Чи не тут криється розгадка споконвічного потягу людства до зірок? Адже в дрібній клітині живої матерії є атоми заліза, синтезовані при загибелі якоїсь масивної зірки. І в цьому сенсі люди схожі на сніговик з казки Андерсена: він відчував дивну любов до гарячої грубки, тому що каркасом йому послужила кочерга...

Вчені помітили, що в еліптичних галактиках (тобто галактиках без спіральної структури, з дуже низьким темпом зіркоутворення, що складаються в основному з маломасивних червоних зірок) спалахують лише наднові 1-го типу. У спіральних же галактиках, до яких належить і наша Галактика - Чумацький Шлях, зустрічаються обидва типи наднових. При цьому представники 2-го типу концентруються до спіральних рукавів, де йде активний процес зіркоутворення та багато молодих масивних зірок. Ці особливості наводять на думку про різну природу двох типів наднових.

Зараз надійно встановлено, що при вибуху будь-якої наднової звільняється величезна кількість енергії – близько 1046 Дж! Основна енергія вибуху уноситься не фотонами, а нейтрино - швидкими частинками з дуже малою чи взагалі нульовою масою спокою. Нейтрино надзвичайно слабко взаємодіють із речовиною, і їм надра зірки цілком прозорі.

Закінченої теорії вибуху наднових з формуванням компактного залишку і скиданням зовнішньої оболонки поки не створено через крайню складність обліку всіх фізичних процесів, що протікають при цьому. Однак усі дані свідчать, що наднові 2-го типу спалахують у результаті колапсу ядер масивних зірок. На різних етапах життя зірки в ядрі відбувалися термоядерні реакції, при яких спочатку водень перетворювався на гелій, потім гелій на вуглець і так далі до утворення елементів «залізного піку» - заліза, кобальту та нікелю. Атомні ядра цих елементів мають максимальну енергію зв'язку для розрахунку на одну частинку. Зрозуміло, що приєднання нових частинок до атомного ядра, наприклад, заліза вимагатиме значних витрат енергії, тому термоядерне горіння і «зупиняється» на елементах залізного піку.

Що ж змушує центральні частини зірки втрачати стійкість і колапсувати, щойно залізне ядро ​​стане досить масивним (близько 1,5 маси Сонця)? В даний час відомі два основні фактори, що призводять до втрати стійкості та колапсу. По-перше, це «розвал» ядер заліза на 13 альфа-часток (ядер гелію) із поглинанням фотонів – так звана фотодисоціація заліза. По-друге, нейтронізація речовини – захоплення електронів протонами з утворенням нейтронів. Обидва процеси стають можливими при великих щільностях (понад 1 т/см 3), що встановлюються в центрі зірки в кінці еволюції, і обидва вони ефективно знижують «пружність» речовини, яка фактично і протистоїть дії сил тяжіння, що здавлює. Як наслідок, ядро ​​втрачає стійкість та стискається. При цьому в ході нейтронізації речовини виділяється велика кількість нейтрино, що несуть основну енергію, запасену в ядрі, що колапсує.

Як свідчать комп'ютерні розрахунки, щільність поблизу ядра настільки висока, що навіть нейтрино, що слабко взаємодіють з речовиною, виявляються на якийсь час «замкненими» зовнішніми шарами зірки. Але гравітаційні сили притягують оболонку до ядра, і складається ситуація, схожа на ту, яка виникає при спробі налити щільнішу рідину, наприклад воду, поверх менш щільною, скажімо гасу або олії. (З досвіду добре відомо, що легка рідина прагне «спливти» з-під важкої - тут проявляється так звана нестійкість Релея-Тейлора.) Цей механізм викликає гігантські конвективні рухи, і коли, зрештою, імпульс нейтрино передається зовнішній оболонці, вона скидається в навколишнє простір.

Можливо, саме нейтринні конвективні рухи призводять до порушення сферичної симетрії вибуху наднової. Іншими словами, з'являється напрям, уздовж якого переважно викидається речовина, і тоді залишок, що утворюється, отримує імпульс віддачі і починає рухатися в просторі за інерцією зі швидкістю до 1000 км/с. Такі великі просторові швидкості відзначені у молодих нейтронних зірок - радіопульсарів.

Описана схематична картина вибуху наднової 2-го типу дозволяє зрозуміти основні наглядові особливості цього явища. А теоретичні передбачення, засновані на даній моделі (особливо стосуються повної енергії та спектру нейтринного спалаху), опинилися в повній згоді із зареєстрованим 23 лютого 1987 нейтринним імпульсом, що прийшов від наднової у Великій Магеллановій Хмарі.

Тепер кілька слів про наднові 1-го типу. Відсутність світіння водню у тому спектрах свідчить, що вибух відбувається у зірках, позбавлених водневої оболонки. Як зараз вважають, це може бути вибух білого карлика чи результат колапсу зірки типу Вольфа-Райє(фактично це ядра масивних зірок, багаті гелієм, вуглецем та киснем).

Як може вибухнути білий карлик? Адже в цій дуже щільній зірці не йдуть ядерні реакції, а силам гравітації протидіє тиск щільного газу, що складається з електронів та іонів (так званий вироджений електронний газ). Причина тут та сама, що і при колапсі ядер масивних зірок, - зменшення пружності речовини зірки у разі підвищення її щільності. Це знову ж таки пов'язане з «вдавлюванням» електронів у протони з утворенням нейтронів, а також із деякими релятивістськими ефектами.

Чому підвищується щільність білого карлика? Це неможливо, якщо він поодинокий. Але якщо білий карлик входить до складу досить тісної подвійної системи, то під дією гравітаційних сил газ із сусідньої зірки здатний перетікати на білий карлик (так у разі нової зірки). При цьому маса і щільність його поступово зростатимуть, що в кінцевому рахунку призведе до колапсу і вибуху.

Інший можливий варіант екзотичніший, але не менш реальний – це зіткнення двох білих карликів. Як таке може бути, адже ймовірність зіткнутися двом білим карликам у просторі мізерна, оскільки мізерна кількість зірок в одиниці об'єму – від сили кілька зірок у 100 пк3. І тут (вкотре!) «винні» подвійні зірки, але тепер складаються з двох білих карликів.

Як випливає із загальної теорії відносності Ейнштейна, будь-які дві маси, що обертаються по орбіті навколо один одного, рано чи пізно повинні зіткнутися через постійний, хоч і дуже незначний, винесення енергії з такої системи хвилями тяжіння - гравітаційними хвилями. Наприклад, Земля і Сонце, якби останнє нескінченно довго, зіткнулися б внаслідок цього ефекту, правда через колосальний час, що на багато порядків перевершує вік Всесвіту. Підраховано, що у разі тісних подвійних систем з масами зірок біля сонячної (2 10 30 кг) їх злиття має відбутися за менше віку Всесвіту – приблизно за 10 млрд. років. Як показують оцінки, у типовій галактиці такі події трапляються раз на кілька сотень років. Гігантської енергії, що звільняється при цьому катастрофічному процесі, цілком достатньо для пояснення явища наднової.

До речі, зразкова рівність мас білих карликів робить їх злиття «схожими» один на одного, а значить, наднові 1-го типу за своїми характеристиками повинні виглядати однаково незалежно від того, коли і в якій галактиці стався спалах. Тому видима яскравість наднових відбиває відстані до галактик, у яких спостерігаються. Ця властивість наднових 1-го типу в даний час використовується вченими для отримання незалежної оцінки найважливішого космологічного параметра - постійної Хаббла, яка є кількісною мірою швидкості розширення Всесвіту. Ми розповіли лише про найпотужніші вибухи зірок, що відбуваються у Всесвіті і спостерігаються в оптичному діапазоні. Оскільки у разі наднових зірок основна енергія вибуху уноситься нейтрино, а чи не світлом, дослідження неба методами нейтринної астрономії має найцікавіші перспективи. Воно дозволить у майбутньому «зазирнути» в «пекло» наднової, приховане величезними товщами непрозорого для світла речовини. Ще більш дивовижні відкриття обіцяє гравітаційно-хвильова астрономія, яка в недалекому майбутньому розповість нам про грандіозні явища злиття подвійних білих карликів, нейтронних зірок і чорних дірок.

Їхнє виникнення - це досить рідкісне космічне явище. У середньому в доступних спостереженню просторах Всесвіту спалахує три наднових століття. Кожен такий спалах є гігантською космічною катастрофою, при якій виділяється неймовірно багато енергії. За грубою оцінкою така кількість енергії могла б утворитися при одночасному вибуху багатьох мільярдів водневих бомб.

Достатньо строга теорія спалахів наднових поки що відсутня, але вчені висунули цікаву гіпотезу. Вони припустили, виходячи з найскладніших розрахунків, що під час альфа-синтезу елементів ядро ​​продовжує стискатися. Температура в ньому досягає фантастичної цифри – 3 мільярди градусів. За таких умов в ядрі значно прискорюються різні; у результаті виділяється багато енергії. Швидке стиснення ядра спричиняє так само швидке стиснення оболонки зірки.

Вона теж сильно розігрівається, і ядерні реакції, що протікають в ній, у свою чергу, сильно прискорюються. Таким чином буквально за лічені секунди виділяється величезна кількість енергії. Це призводить до вибуху. Звичайно, такі умови досягаються не завжди, і тому наднові спалахують досить рідко.

Такою є гіпотеза. Наскільки вчені мають рацію у своїх припущеннях, покаже майбутнє. Але й сьогодення призвело дослідників до вражаючих здогадів. Астрофізичні методи дозволили простежити, як зменшується світність наднових. І ось що з'ясувалося: у перші кілька днів після вибуху світність зменшується дуже швидко, а потім це зменшення (протягом 600 днів) сповільнюється. Причому кожні 55 днів світність слабшає рівно вдвічі. З погляду математики, це зменшення відбувається за так званим експоненційним законом. Хорошим прикладом такого закону є закон радіоактивного розпаду. Вчені висловили сміливе припущення: виділення енергії після вибуху наднової обумовлено радіоактивним розпадом ізотопу якогось елемента з періодом напіврозпаду 55 днів.

Але якого ізотопу та якого елемента? Ці пошуки тривали кілька років. "Кандидатами" на роль подібних "генераторів" енергії виступили берилій-7 та стронцій-89. Вони розпадалися наполовину за 55 днів. Але витримати іспит їм не довелося: розрахунки показали, що енергія, що виділяється за їхнього бета-розпаду, надто мала. А інші відомі радіоактивні ізотопи подібним періодом напіврозпаду не мали.

Новий претендент виявився серед елементів, які Землі немає. Він виявився представником трансуранових елементів, синтезованих вченими штучно. Ім'я претендента – каліфорній, його порядковий номер – дев'яносто вісім. Його ізотоп каліфорній-254 вдалося приготувати в кількості лише близько 30 мільярдних часток грама. Але й цього справді невагомої кількості цілком вистачило, щоб виміряти період напіврозпаду ізотопу. Він виявився рівним 55 дням.

А звідси виникла цікава гіпотеза: саме енергія розпаду Каліфорнію-254 забезпечує протягом двох років надзвичайно високу світність наднової зірки. Розпад каліфорнія відбувається шляхом мимовільного поділу його ядер; при такому вигляді розпаду ядро ​​як би розколюється на два уламки - ядра елементів середини періодичної системи.

Але як синтезується сам каліфорній? Вчені тут дають логічне пояснення. Під час стиснення ядра, що передує вибуху наднової, надзвичайно прискорюється ядерна реакція взаємодії вже знайомого нам неону-21 з альфа-частинками. Наслідком цього є поява протягом досить короткого проміжку часу надзвичайно потужного потоку нейтронів. Знову виникає процес нейтронного захоплення, але цього разу вже швидкого. Ядра встигають поглинути чергові нейтрони раніше, ніж піддадуться бета-розпаду. Для цього процесу нестійкість трансвісмутових елементів не перешкода. Ланцюг перетворень не порветься, і кінець періодичної таблиці теж буде заповнено. При цьому, мабуть, утворюються навіть такі трансуранові елементи, які ще не отримані в штучних умовах.

Вчені підрахували, що при кожному вибуху наднової лише каліфорнія-254 утворюється фантастична кількість. З такої кількості можна було б виготовити 20 куль, кожна з яких важила б стільки, скільки наша Земля. Яка ж подальша доля наднової? Вона гине досить швидко. На місці її спалаху залишається лише маленька дуже тьмяна зірочка. Вона відрізняється, щоправда, надзвичайно високою щільністю речовини: наповнена ним сірникова коробка важила б десятки тонн. Такі зірки називають «». Що відбувається з ними далі, ми поки що не знаємо.

Матерія, яка викидається у світовий простір, може згуститись та утворити нові зірки; вони розпочнуть новий довгий шлях розвитку. Вчені зробили поки що лише загальні грубі мазки картини походження елементів, картини роботи зірок - грандіозних фабрик атомів. Можливо, це порівняння загалом передає суть справи: художник накидає на полотні лише перші контури майбутнього витвору мистецтва. Вже зрозумілий основний задум, але багато, зокрема й суттєві, деталі ще доводиться лише вгадувати.

Остаточне вирішення проблеми походження елементів вимагатиме колосальної праці вчених різних спеціальностей. Ймовірно, багато чого, що зараз нам видається безперечним, насправді виявиться грубо приблизним, а то й зовсім невірним. Напевно, вченим доведеться зіткнутися із закономірностями, які досі нам невідомі. Адже для того, щоб розібратися в найскладніших процесах, що протікають у Всесвіті, безперечно, знадобиться новий якісний стрибок у розвитку наших уявлень про нього.

Коли закінчується зоряне паливо, що підтримує термоядерну реакцію, температура внутрішніх областей зірки починає знижуватися і вони можуть протистояти гравітаційному стиску. Зірка колапсує, тобто. її речовина падає усередину. У цьому іноді спостерігаються спалах наднової зірки чи інші бурхливі явища. Наднова зірка може засяяти яскравіше мільярдів звичайних зірок і виділити приблизно стільки ж світлової енергії, скільки наше Сонце виділяє за мільярд років.

За останнє тисячоліття в Нашій Галактиці спалахнули лише п'ять наднових (1006, 1054, 1181, 1572, 1604). Принаймні стільки їх зазначено у письмових джерелах (ще якісь могли бути не відмічені чи вибухнути за густими газопиловими хмарами). Але зараз астрономам щороку вдається спостерігати до 10 спалахів наднових в інших галактиках. Проте такі спалахи – це все одно рідкісне явище. Найчастіше зовнішні оболонки зірки скидаються без такого потужного вибуху. Або зірка "вмирає" ще спокійніше. Отже, можливі кілька сценаріїв зоряного колапсу. Розглянемо їх окремо.

Тихе згасаннявластиво зіркам з масою менше 0,8 сонячної. Тихо згасають карликові зірки (всі червоні та коричневі карлики, а також, напевно, частина помаранчевих карликів). Вони перетворюються на "прохолодні" гелієво-водневі кулі на кшталт Юпітера, але все-таки у багато разів більше за нього (у чорні карлики). Зрозуміло, цей процес відбувається дуже повільно, оскільки зірка після вичерпання термоядерного палива ще дуже довго світить рахунок поступового гравітаційного стиску. Наша область Всесвіту настільки молода, що, мабуть, тих згаслих зірок поки що немає.

Колапс із утворенням білого карликахарактерний для зірок із масою від 0,8 до 8 сонячних. "Згорі" зірки скидають свою оболонку, з якої утворюється планетарна туманність з пилу і газу. Це відбувається в такий спосіб. Поки в ядрі "горів" гелій, який перетворювався на вуглець, висока температура ядра (тобто велика швидкість частинок) перешкоджала гравітаційному стиску ядра. Коли гелій в ядрі закінчився, вуглецеве ядро, що остигає, стало поступово стискатися, захоплюючи за собою всередину зірки гелій (а також водень) із зовнішніх шарів. Тоді цей новий гелій "зайнявся" в оболонці, і оболонка стала з величезною швидкістю розширюватися. Виявилося, що порівняно "легка" зірка не може втримати оболонку, що розлітається, і вона перетворюється на так звану планетарну туманність. Раніше вважали, що з таких туманностей утворюються планети. Виявилося, що це не так: подібні туманності розширюються та розсіюються у просторі, але назва збереглася. Швидкість розширення планетарних туманностей становить від 5 до 100 км/сек, а середньому - 20 км/сек. Ядро зірки продовжує стискатися, тобто. колапсує з утворенням біло-блакитного карлика, який після деякого остигання стає білим карликом. Молоді білі карлики приховані в пиловому коконі, який ще не встиг перетворитися на добре помітну планетарну туманність. Спалах наднової за такого колапсу не відбувається, і цей сценарій закінчення активного життя зірки дуже поширений. Білі карлики описані вище, і можна тільки нагадати, що за обсягом вони пропорційні нашій планеті, що атоми в них укомплектовані максимально щільно, що речовина стиснута до щільностей у півтора мільярда разів більше, ніж у води, і що у відносно стабільному стані ці зірки утримуються рахунок відштовхування тісно притиснутих друг до друга електронів.

Якщо зірка спочатку була трохи масивнішою, то термоядерна реакція закінчується не на стадії горіння гелію, а трохи пізніше (наприклад, на стадії горіння вуглецю), але це не принципово змінює долю зірки.

Білі карлики "тліють" невизначено довгий час і світяться за рахунок дуже повільного гравітаційного стиску. Але в деяких особливих випадках вони швидко колапсують та вибухають з повним руйнуванням.

Колапс білого карлика з повною руйнацією зіркибуває у тому випадку, якщо білий карлик перетягне із супутника речовину до критичної маси, що становить 1,44 сонячної. Ця маса називається чандрасекарівською на ім'я індійського математика Субраманьяна Чандрасекара, який обчислив її і відкрив можливість колапсу. За такої маси взаємне відштовхування електронів не може перешкоджати гравітації. Це призводить до раптового падіння речовини внести зірки, до різкого стиснення зірки і збільшення температури, "спалахування" вуглецю в центрі зірки і його "згоряння" в хвилі, що йде назовні. І хоча термоядерне "горіння" вуглецю не зовсім вибухове (не детонація, а дефлаграція, тобто дозвукове "горіння"), зірка повністю руйнується і її залишки розлітаються на всі боки зі швидкістю 10000 км/с. Цей механізм вивчений 1960 р. Хойлом і Фаулером і називається вибуху наднової зірки I типу.

Всі вибухи зірок цього типу в першому наближенні однакові: три тижні світність зростає, а потім поступово падає протягом 6 місяців або трохи довшого часу. Тому за спалахами наднових I типу можна визначати відстані інших галактик, т.к. такі спалахи видно здалеку, а їхню справжню яскравість ми знаємо. Нещодавно, однак, з'ясувалося, що ці наднові вибухають несиметрично (хоча б тому, що мають близький супутник), і їхня яскравість на 10% залежить від того, з якого боку бачити спалах. Для визначення відстаней краще вимірювати блиск цих наднових не в момент максимуму яскравості, а через один-два тижні, коли видима поверхня оболонки стає майже сферичною.

Можливість спостерігати дуже далекі наднові I типу допомагає вивчати швидкість розширення Всесвіту в різні епохи (світність зірки говорить про відстань до неї та часу події, а колір - про швидкість її видалення). Так було відкрито уповільнення розширення Всесвіту у перші 8,7 млрд. років і прискорення цього розширення останні 5 млрд. років, тобто. "Другий Великий вибух".

Колапс із утворенням нейтронної зіркивластивий зіркам, які більш ніж у 8 разів масивніші за Сонце. На заключній стадії їхнього розвитку всередині кремнієвої оболонки починає формуватися залізне ядро. Таке ядро ​​виростає за добу і колапсує менше, ніж за 1 секунду, щойно досягне чандрасекарівської межі. Для ядра ця межа становить від 1,2 до 1,5 мас Сонця. Речовина падає всередину зірки, причому відштовхування електронів не може зупинити падіння. Речовина продовжує розганятися, падати і стискатися доти, доки не починає позначатися відштовхування між нуклонами атомного ядра (протонами, нейтронами). Строго кажучи, стиск відбувається навіть більше цієї межі: падаюча речовина за інерцією перевищує точку рівноваги через пружність нуклонів на 50% ("максимальне стискання"). Після цього "стислий гумовий м'яч віддає назад", і ударна хвиля виходить у зовнішні шари зірки зі швидкістю від 30000 до 50000 км/с. Зовнішні частини зірки розлітаються на всі боки, а в центрі області, що вибухнула, залишається компактна нейтронна зірка. Це називається вибухом наднової II типу. Вибухи ці різні за потужністю та інших параметрів, т.к. вибухають зірки різної маси та різного хімічного складу [різні джерела]. Є вказівку, що з вибуху II типу енергії виділяється трохи більше, ніж за вибуху I типу, т.к. частина енергії поглинається оболонкою, але, можливо, це застарілі відомості.

В описаному сценарії є низка неясностей. У ході астрономічних спостережень встановлено, що масивні зірки дійсно вибухають, в результаті чого утворюються туманності, що розширюються, а в центрі залишається швидко обертається нейтронна зірка, що випромінює регулярні імпульси радіохвиль (пульсар). Але теорія показує, що ударна хвиля, що йде назовні, повинна розщеплювати атоми на нуклони (протони, нейтрони). На це має витрачатися енергія, внаслідок чого ударна хвиля має згаснути. Але чомусь цього не відбувається: ударна хвиля за кілька секунд досягає поверхні ядра, далі – поверхні зірки та здуває речовину. Автори розглядають кілька гіпотез для різних мас, але вони не здаються переконливими. Можливо, у стані "максимального стискання" або в ході взаємодії ударної хвилі з продовжуючим падати речовиною набирають чинності якісь принципово нові і невідомі нам фізичні закони.

У межах Нашої Галактики зв'язок залишків наднової зірки з пульсаром до середини 1980-х років був відомий лише для Крабовидної туманності.

Колапс із утворенням чорної діривластивий найпотужнішим зіркам. Він також називається вибухом наднової II типу, відбувається за подібним сценарієм, але в результаті замість нейтронної зірки виникає чорна діра. Це відбувається в тих випадках, коли маса зірки, що колапсує, така велика, що взаємне відштовхування між нуклонами (протонами, нейтронами) не може перешкоджати гравітаційному стиску. Слід зазначити, що це явище в теоретичному плані менш зрозуміле й майже вивчене методами спостережної астрономії. Чому, наприклад, речовина не повністю провалюється в чорну дірку? Чи є щось аналогічне "максимальному стисканню"? Чи є ударна хвиля, що йде назовні? Чому вона не гальмується?

Нещодавно проведені спостереження, з яких випливає, що ударна хвиля наднової народжує в оболонці колишньої гігантської зірки гамма-спалах або рентгенівський спалах (див. розділ про гамма-сплески).

Кожна наднова II типу виробляє активного ізотопу алюмінію (26Al) близько 0,0001 маси Сонця. Розпад цього ізотопу створює жорстке випромінювання, яке тривало спостерігалося, і за його інтенсивністю розраховано, що в Галактиці менше трьох сонячних мас даного ізотопу. Це означає, що наднові II типу повинні вибухати в Галактиці в середньому двічі на століття, чого не спостерігається. Ймовірно, в останні століття багато подібних вибухів не помічалися (наприклад, були далеко або відбувалися там космічний пил). У будь-якому випадку надновій зірці давно настав час вибухати...

За розрахунками астрономів, у 2022 році із Землі можна буде спостерігати яскравий вибух наднової зірки у сузір'ї Лебедя. Спалах буде здатний затьмарити сяйво більшості зірок на небі! Вибух наднової – рідкісне явище, але людство спостерігатиме феномен не вперше. Чим так захоплююче це явище?

ЖАХЛИВІ ЗНАМІ МИНУЛОГО

Так, 5000 років тому жителі Стародавнього Шумера були в жаху - боги показали, що вони розгнівані, виявив знамення. На небосхилі засяяло друге сонце, тож навіть уночі було ясно, як удень! Намагаючись відвернути біду, шумери приносили багаті жертви і невпинно молилися богам - і це подіяло. Ан, бог неба, відвернув свій гнів - друге сонце почало меркнути і скоро взагалі зникло з небосхилу.

Так вчені реконструюють події, що відбулися понад п'ять тисяч років тому, коли над Стародавнім Шумером спалахнула наднова зірка. Про ті події стало відомо з клинописної таблички, що містить розповідь про «друге божество-сонце», що з'явилося в південній стороні неба. Астрономи знайшли сліди зіркового катаклізму - від наднової, що налякала шумерів, залишилася туманність Вітрила X.

За сучасними науковими даними, страх древніх жителів Месопотамії був багато в чому виправданий - якби вибух наднової трохи ближче до Сонячної системи, і все живе на поверхні нашої планети було б випалене радіацією.

Так уже одного разу сталося, коли 440 мільйонів років тому спалах наднової зірки стався у відносно близьких до сонця районах космосу. За тисячі світлових років від Землі величезна зірка перетворилася на наднову і нашу планету обпалило смертоносне випромінювання. Палеозойські монстри, яких спіткало нещастя жити в той час, могли бачити, як сліпуче сяйво, що раптово виникло на небі, затьмарило сонце - і це було останнє, що вони бачили у своєму житті. За кілька секунд випромінювання наднової знищило озоновий шар планети, а радіація вбила життя поверхню Землі. На щастя, поверхня материків нашої планети була в ту епоху майже позбавлена ​​мешканців, а життя ховалося в океанах. Товща води захищала від випромінювання наднової, але все одно загинуло понад 60% морських тварин!

Спалах наднової зірки - один із найграндіозніших катаклізмів у Всесвіті. Світило, що вибухає, виділяє неймовірну кількість енергії - протягом короткого часу одна зірка випромінює світла більше, ніж мільярди зірок галактики.

ЕВОЛЮЦІЯ СВЕРХНОВИХ

Далекі спалахи наднових зірок астрономи давно спостерігали потужні телескопи. Спочатку це явище сприймалося як незрозумілий курйоз, але наприкінці першої чверті XX століття астрономи навчилися визначати міжгалактичні відстані. Тоді стало ясно, з якої неймовірної дали приходить на Землю світло наднових і яку неймовірну силу мають ці спалахи. Але якою є природа цього феномена?

Зірки формуються з космічних скупчень водню. Такі хмари газу займають величезні простори і можуть мати колосальну масу, що дорівнює сотням сонячних мас. Коли така хмара виявляється досить щільною, починають діяти гравітаційні сили, що викликають стиск газу, що викликає сильне нагрівання. Після досягнення певної межі в нагрітому і стиснутому центрі хмари починаються термоядерні реакції - так запалюються зірки.

Світило, що спалахнуло, має довге життя: водень у надрах зірки перетворюється на гелій (а потім і в інші елементи таблиці Менделєєва аж до заліза) мільйони і навіть мільярди років. При цьому що більше зірка, то коротше її життя. Червоні карлики (так називається клас малих зірок) мають тривалість життя в трильйон років, тоді як зірки-гіганти можуть «вигоріти» за тисячні частки цього терміну.

Зірка «живе», поки зберігається «баланс сил» між силами гравітації, що її стискають, і термоядерними реакціями, які випромінюють енергію і прагнуть «розштовхати» речовину. Якщо зірка досить велика (має масу більше маси Сонця), настає момент, коли термоядерні реакції в зірці слабшають ("паливо" на той час виявляється вигорілим) і сили гравітації виявляються сильнішими. У цей момент сила, що стискає ядро ​​зірки, стає настільки сильною, що тиск випромінювання більше не в змозі утримувати речовину від стиснення. Відбувається катастрофічно швидкий колапс – за кілька секунд об'єм ядра зірки падає у 100000 разів!

Швидке стиснення зірки призводить до того, що кінетична енергія речовини переходить у тепло і температура піднімається до сотень мільярдів Кельвінів! Світність зірки, що гине, при цьому зростає в кілька мільярдів разів - і «вибух наднової» випалює все в сусідніх областях космосу. У ядрі зірки, що гине, електрони «вдавлюються» в протони, так що всередині ядра залишаються практично одні нейтрони.

ЖИТТЯ ПІСЛЯ ВИБУХУ

Поверхневі шари зірки вибухають, причому в умовах гігантських температур і жахливого тиску йдуть реакції з утворенням важких елементів (аж до урану). І тим самим наднові виконують свою велику (з погляду людства) місію - уможливлюють появу у Всесвіті. «Майже всі елементи, з яких ми складаємося і наш світ, виникли завдяки вибухам наднових», - стверджують вчені. Все, що нас оточує: кальцій у нас в кістках, залізо в еритроцитах, кремній у чіпах наших комп'ютерів і мідь у проводах, - все це вийшло з пекельних топок наднових, що вибухають. Більшість хімічних елементів з'явилися у Всесвіті виключно під час вибухів наднових зірок. А атоми тих небагатьох елементів (від гелію до заліза), які зірки синтезують, перебуваючи в «спокійному» стані, можуть стати основою появи планет лише після того, як вони під час вибуху наднової були викинуті в міжзоряний простір. Тому і сама людина, і все навколо неї складається з залишків вибухів найновіших.

Ядро, що залишилося після вибуху, стає нейтронною зіркою. Це дивовижний космічний об'єкт малого обсягу, але жахливої ​​густини. Діаметр звичайної нейтронної зірки становить 10-20 км, але при цьому щільність речовини неймовірна – 665 мільйонів тонн на один кубічний сантиметр! При такій щільності шматочок нейтроніуму (речовини, з якого складається така зірка) розміром із сірникову голівку важитиме в багато разів більше, ніж піраміда Хеопса, а чайна ложка з нейтроніуму матиме масу понад мільярд тонн. Нейтроніум також має неймовірну міцність: шматок нейтроніуму (якби такий опинився в руках людства) неможливо розбити на частини ніяким фізичним впливом - будь-який людський інструмент виявиться абсолютно марним. Спроба відрізати чи відірвати шматок нейтроніуму буде так само безнадійна, як відпиляти шматок металу повітрям.

БЕТЕЛЬГЕЙЗЕ — НАЙБЕЗПЕЧНІША ЗІРКА

Втім, не всі наднові перетворюються на нейтронні зірки. Коли маса зірки перевершує певну межу (так звану другу межу Чандрасекара), у процесі вибуху наднової залишається занадто велика маса речовини і гравітаційний тиск не в змозі стримувати ні що. Процес стає незворотним - вся речовина стягується в одну точку, і утворюється чорна діра - провал, що безповоротно поглинає все, навіть сонячне світло.

Чи може загрожувати Землі спалах наднової? На жаль, вчені відповідають ствердно. Зірка Бетельгейзе - близький, за космічними мірками, сусід Сонячної системи, може вибухнути незабаром. За словами наукового співробітника Державного астрономічного інституту Сергія Попова, «Бетельгейзе справді є одним із найкращих кандидатів, і, безумовно, найвідомішим, у близькі (за часом) наднові. Ця потужна зірка перебуває в фінальних стадіях власної еволюції і, найімовірніше, спалахне як наднова, залишивши по собі нейтронну зірку». Бетельгейзе - світило в двадцять разів важче за наш Сонце і в сто тисяч разів яскравіше, розташоване приблизно в півтисячі світлових років. Оскільки ця зірка досягла фінальної стадії своєї еволюції, то найближчим часом (за космічними мірками) вона має всі шанси стати надновою. За розрахунками вчених, цей катаклізм не повинен бути небезпечним для Землі, але з одним застереженням.

Справа в тому, що випромінювання наднової під час вибуху спрямоване нерівномірно - напрям випромінювання визначають магнітні полюси зірки. І якщо виявиться, що один із полюсів Бетельгейзе спрямований точно на Землю, то після вибуху наднової до нашої Землі вилетить смертоносний потік рентгенівського випромінювання, здатний щонайменше знищити озоновий шар. На жаль, на сьогодні немає жодних відомих астрономам ознак, які б дозволили передбачити катаклізм і створити «систему раннього оповіщення» про вибух наднової. Втім, хоч Бетельгейзе й доживає свій термін, зоряний час незрівнянний із людським, і, швидше за все, до катастрофи тисячі, якщо не десятки тисяч років. Можна сподіватися, що за такий термін людство створить надійний захист від наднових спалахів.