Наукова мережа вибухають зірки

Чарущій вид величного зоряного неба тільки на перший погляд здається незмінним. Кожен, хто спостерігав за небом протягом декількох годин обов'язково помітить "падаючі зірки" - метеори. Ну а той, хто уважно стежить за зірками день у день має в своєму житті великий шанс виявити нову зірку. що виникла як би на порожньому місці. Блиск такої зірки поступово збільшувався, досягав максимуму і через деякий час (порядку декількох місяців) слабшав настільки, що зірка ставала невидимою неозброєним оком, зникала. Ще більш грандіозне небесне явище, що отримало назвазніе наднової зірки. навіть залишило свій слід у багатьох історичних літописах різних народів, тому що блиск такої наднової зірки, що з'явилася знову ж як би на порожньому місці, іноді досягав такої величини, що зірка ставала видимою навіть днем! Явища нових зірок були виявлені в далекій давнині, а в наступні сто років, коли астрономічні спостереження стали носити регулярний характер, а вид зоряного неба стало можливо "протоколювати" на фотопластинках. стало ясно, що на місці "нових" зірок насправді є слабенькі зірочки - просто раптово їх блиск збільшується, досягає максимуму і потім знову зменшується до "спокійного" рівня. Більш того, стало ясно, що іноді явище нової зірки відбувається більш-менш регулярно на одному і тому ж місці, тобто одна і та ж зірка з якихось причин раз в сто років або частіше сильно збільшує свою світність. Чи не так стан справ з найновішими - якщо на їх місці до початку спалаху і помітна зірка (як, наприклад, в разі крайньої щодо яскравою наднової 1987 року в Великій Магеллановій Хмарі), то після спалаху ця зірка дійсно "зникає", скидає оболонку , яка потім спостерігається довгі роки як світиться туманність - залишок спалаху наднової. і, як вперше стало ясно в 30-і рр. ХХ століття голландським астрономам Бааде і Цвикки. в результаті може утворитися надгуста нейтронна зірка або навіть загадкова чорна діра. Ця гіпотеза звернулася в упевненість після відкриття пульсара - бистровращающейся нейтронної зірки з періодом 33 мілісекунди в центрі відомої Крабовидной туманності в сузір'ї Тельця. з'явилася на місці спалаху найновішої 1054 р

Отже, явища нових і наднових зірок мають абсолютно різну природу. Яке ж сучасне уявлення про них? Почнемо з нових зірок. Під час спалаху блиск нової збільшується на 12-13 зірки величин, а виділяється енергія доходить до ерг (така енергія виділяється Сонцем приблизно за 100 тисяч років!). До середини 50-х років природа спалахів нових зірок залишалася неясною. Але в 1954 р було виявлено, що відома нова зірка DQ Геркулеса входить до складу тісної подвійної зоряної системи з орбітальним періодом кілька годин. Надалі виявилося, що все нові зірки є компонентами тісних подвійних систем, в яких одна зірка - як правило зірка головної послідовності типу нашого Сонця, а друга - компактний, з розмірами в соту частку від радіуса Сонця (а він дорівнює приблизно 700000 км), білий карлик. Орбіта такої подвійної зірки настільки тісна, що нормальна зірка виявляється сильно деформованої приливні впливом компактного сусіда - білого карлика, і плазма з атмосфери цієї зірки може вільно падати на білий карлик, утворюючи навколо нього дискообразную оболонку (аккреційний диск). Речовина в диску гальмується грузлими силами. нагрівається і утворює світіння (саме воно і спостерігається в спокійному стані), і врешті-решт досягає поверхні білого карлика. У міру падіння цієї речовини, на білому карлику утворюється щільний тонкий шар, температура якого поступово зростає. Зрештою (якраз за характерний час від декількох років до сотень років) фізичні умови в цьому поверхневому шарі (температура і щільність) досягають таких високих значень, що зіткнення швидких протонів починають приводити до термоядерної реакції синтезу гелію. Але на відміну від центральних частин Сонця, де ця реакція йде досить повільно через специфічної властивості стійких зірок - негативною теплоємності їх надр - на поверхні білого карлика реакція носить вибухонебезпечне характер (головним чином через дуже великої щільності речовини). Саме цей термоядерний вибух на поверхні білого карлика і приводить до скидання накопиченої оболонки (до речі, вельми малої маси - "всього" близько сотої частки маси Сонця. Тобто 10 мас Юпітера), розліт і світіння якій і спостерігається як феномен нової зірки. Незважаючи на виділену енергію в ерг, що розлітається оболонка практично не робить помітного впливу на сусідню зірку, і та продовжує "поставляти" свіже "паливо" для наступного вибуху. Як показують оцінки, число нових зірок, щорічно спалахують в нашій Галактиці. досягає сотні. Ясно, що міжзоряний поглинання і розподіл зірок по відстанях від Сонця унеможливлює спостереження всіх цих об'єктів. Але найяскравіші нові зірки досить часто бувають видно неозброєним оком (років 20 тому, в 1975 році, нова зірка в сузір'ї Лебедя близько півроку "спотворювала" хрестоподібну конфігурацію цього сузір'я). З початком ери рентгенівської астрономії (60-ті роки) з'ясувалося, що нові зірки спалахують не тільки в оптичному діапазоні - так, в 70-і роки були відкриті т.з. рентгенівські барстери - регулярно спалахують рентгенівські джерела. механізм їх спалахів практично той же, що і для класичних нових зірок, за тим винятком, що компактна зірка в тісній подвійній системі, як з'ясувалося, не білий карлик, а ще більш компактна нейтронна зірка з радіусом всього в 10 км! Речовина нормальної зірки типу Сонця або червоного карлика "зривається" приливними силами з боку нейтронної зірки, утворює аккреційний диск. потрапляє на поверхню нейтронної зірки без великого магнітного поля. нагрівається там і призводить до повторюваних термоядерним вибухів. А велика компактність нейтронної зірки призводить до того, що основна енергія під час вибуху йде у вигляді більш енергійних рентгенівських квантів.

Нарешті, не можна не згадати ще про один тип нових зірок - рентгенівських нових зірках. які впихівают в рентгенівському діапазоні на кілька місяців, а потім повністю зникають. Зараз таких рентгенівських нових відомо близько 10, і саме хвилююче відкриття останніх років, зроблене спільними зусиллями рентгенівських і оптичних астрономовУкаіни, України (з борта орбітального комплексу МИР-Квант і обсерваторії "Гранат" і в Кримській астрофізичної обсерваторії) і за кордоном, полягає в тому , що у всіх рентгенівських нових компактними зірками є, мабуть, чорні діри з масою близько 10 мас Сонця, існування яких неминуче випливає з Загальної теорії відносності Альберта Ейнштейна. Природа спалаху тут істотно інша, ніж у класичних нових зірок і рентгенівських барстеров. тому чорні діри не мають будь-якої поверхні, на якій може накопичуватися аккреціруемого речовина. Як вважають, виспишка рентгенівської нової пов'язана з раптовим гігантським енерговидленіем в навколишньому чорну діру аккреційному диску. і з'ясування причини такого нестійкої поведінки акреційних дисків - одна з актуальних задач сучасної астрофізики.

Тепер кілька слів про наднових 1-го типу. Відсутність світіння водню в їх спектрах говорить про те, що вибух стався в зірці, позбавленої водневої оболонки. Як зараз вважають, це може бути зірка типу Вольфа-Райе (фактично це багаті гелієм, вуглецем і киснем ядра зірок. У яких тиск світла "здуло" верхню водневу оболонку. Або ж, якщо така масивна зірка входила до складу тісної подвійної системи. Ця оболонка "перетекла" на сусідню зірку під дією потужних приливних сил), у якій коллапсирует проеволюціоніровавшее ядро ​​(т.зв. наднові типу 1b), або вибухає білий карлик. Як може вибухнути білий карлик? Адже це дуже щільна зірка, в якій не йдуть ядерні реакції. а силам гравітації протистоїть тиск щільного газу, що складається з електронів та іонів. яке викликане істотно квантовими властивостями електронів (т.зв. вироджений електронний газ). Причина тут та сама, що і при колапсі ядер масивних зірок - зменшення пружності речовини зірки при підвищенні її щільності. Це знову ж таки пов'язано з "втискуванням" електронів в протони з утворенням нейтронів. а також з деякими релятивістськими ефектами. які ми тут не будемо розглядати. Як же можна підвищити щільність білого карлика? Це неможливо, якщо він одиночний. Але якщо білий карлик входить до складу досить тісної подвійної системи. то під дією гравітаційних сил газ з сусідньої зірки може перетікати на білий карлик (згадайте випадок нових зірок!), і при деяких умовах маса (а значить і щільність) його буде поступово зростати, що в кінцевому рахунку і призведе до колапсу і вибуху. Інший можливий варіант більш екзотичний, але не менш реальний - це зіткнення двох білих карликів. Як таке можливо, запитає уважний Новомосковсктель, адже ймовірність зіткнутися двом білим карликам в просторі незначна, тому що мізерно число зірок в одиниці об'єму (від сили кілька зірок в 100-1000 парсеках). І тут (в який вже раз!) "Винні" виявляються подвійні зірки, але тепер вже складаються з двох білих карликів. Не вдаючись в деталі їх освіти і еволюції, зауважимо лише, що, як випливає з загальної теорії відносності Альберта Ейнштейна. дві будь-які маси, які звертаються по орбіті навколо один одного, рано чи пізно повинні зіткнутися з-за постійного, хоча і вельми незначного, віднесення енергії з такої системи хвилями тяжіння - гравітаційними хвилями (наприклад, Земля і Сонце. живи останнім нескінченно довго, зіткнулися б через це ефекту, правда через колосальне час, набагато порядків перевершує вік Всесвіту). Виявляється, в разі подвійних систем з масами зірок близько сонячної (кг) їх "злиття" має відбутися за час менше віку Всесвіту (приблизно 10 мільярдів років). Як показують оцінки, в типовій галактиці такі подвійні білі карлики можуть зливатися раз в кілька сотень років. Гігантська енергія, що звільняється при цьому катастрофічному процесі, цілком достатня для пояснення явища Сверхновой типу 1а. До речі, приблизна однаковість мас білих карликів Він усі ті злиття "схожими" один на одного, тому наднові типу 1а за своїми характеристиками повинні виглядати однаково незалежно коли і в якій галактиці відбулася ця подія. Це властивість наднових типу 1а 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 найбільш грандіозних вибухів зірок, що відбуваються у Всесвіті і спостережуваних в оптичному діапазоні. Ми вже згадували вище, що в разі наднових зірок основна енергія вибуху несеться нейтрино. а не світлом, тому дослідження неба методами нейтринної астрономії має цікаві перспективи і дозволить в майбутньому "зазирнути" в саме "пекло" наднової. приховане величезними товщами непрозорого для світла речовини. Ще більш дивні відкриття обіцяє гравітаційно-хвильова астрономія. яка в недалекому майбутньому розповість нам про грандіозні явища злиття подвійних білих карликів, нейтронних зірок і чорних дір.