Вибух зірки, наднові

У 1915 році центральне бюро астрономічних повідомлень отримало телеграму такого змісту: «Зірка роздувається і лопається». Телеграма була направлена ​​в зв'язку з черговим спалахом нової. Ми пам'ятаємо, що під час спалаху світність нової в сотні тисяч разів може перевищувати світність Сонця. А чи може зірка світити так само, як мільярди Сонць?
На перший погляд таке запитання здається абсурдним. І тим не менше у Всесвіті відбуваються вражаючі людини явища воістину гігантських масштабів, коли одна зірка раптом стає майже настільки ж яскравою, як гігантська, що містить сотні мільярдів зірок галактика.
У 1885 році в астрономічній обсерваторії в Тарту була виявлена ​​нова зірочка. Розташовувалася вона поблизу від центру туманності Андромеди і мала блиск приблизно 6,5 зоряної величини. А це означає, що, володіючи хорошим зором, її можна було спостерігати і без оптичних інструментів. Оскільки сама туманність Андромеди має блиск 4,4т, відразу стає ясно, що в цьому випадку блиск окремої зірки лише в чотири з лишком рази слабкіше блиску гігантської галактики, що перевищує за своїми розмірами нашу.
Однак в той час мало що було відомо про структуру галактик і відстані до них. Тому відкриття 1885 роки не було надано жодного значення. Але ж знай Тартуського астрономи про те, що туманність Андромеди знаходиться від нас на відстані понад 2 мільйонів світлових років і містить сотні мільярдів зірок, вони, безперечно, змогли б оцінити всю грандіозність відкритого ними явища, коли одна єдина зірка світила яскравіше багатьох мільярдів зірок.
У 1895 році в NGC 5253 спалахнула зірка, блиск якої перевищував блиск всієї галактики в 100 разів! Звичайно, NGC 5253 набагато менше туманності Андромеди, але тим не менше і в ній є кілька мільярдів зірок. У 1972 році в NGC 5253 знову зареєстрували жахливий вибух. За останні 90 років астрономи спостерігали близько 100 подібних катаклізмів. Для того щоб відрізнити ці спалахи від спалахів звичайних нових, в 1934 році американські астрономи Ф. Цвіккі і В. Бааде запропонували називати новий клас об'єктів «надновими».
Не можна, звичайно ж, говорити про те, що лише в першій половині XX століття люди змогли оцінити грандіозний масштаб цього явища. У записах китайських і японських астрономів ми знаходимо опис несподівано з'явилася на небі зірки - «зірки-гості». Вона спалахнула в 1054 році і була багато яскравіше Венери. За останню тисячу років у нашій Галактиці спостерігалося п'ять наднових зірок: в 1006, 1054, 1572, 1604, 1 667 роках. Решта спалаху відбувалися в інших галактиках.
Вивчаючи залежність блиску наднових від часу, астрономи встановили, що існує два типи «кривих блиску» у наднових. У першому випадку мається яскраво виражений і досить тривалий максимум блиску (до місяця), після якого блиск зірки лінійно спадає. У другому випадку максимуми блиску виражені набагато гірше, а спад блиску істотно крутіше.
Виділення двох груп кривих блиску і дослідження спектрів при спалахах дозволило поділити наднові на два типи - наднові I типу і наднові II типу. Дуже скоро з'ясувалося вельми цікаве і досить загадкове обставина. Виявилося, що в еліптичних галактиках спалахують тільки наднові I типу, в той час як в спіралях займаються наднові як II, так і I типів. Цей наглядова факт надзвичайної важливості відразу дозволив зв'язати теорію зоряної еволюції з характеристиками наднових.
Справа в тому, що в еліптичних галактиках немає масивних зірок. Зоряне населення цих галактик становлять головним чином зірки, маса яких близька до маси Сонця. Там (в еліптичних галактиках) народження зірок давно припинилося, і основну частину населення складають дуже старі, маломасивні зірки.
Природно, що мільярди років тому і в еліптичних галактиках були масивні зірки. Але вони давно пройшли або стадію червоних гігантів, або ще один цікавий етап, про який мова піде нижче. У будь-якому випадку ясно, що наднові I типу до вибуху є старі зірки малої маси, порядку маси Сонця або трохи більше.
Але ж коли ми обговорювали долю Сонця, ми бачили, що ніякі вибухи йому не загрожують. Стадія червоного гіганта, планетарна туманність, білий карлик ось стандартний шлях зоряної еволюції.
Астрономам спостерігачам добре відомий факт освіти планетарних туманностей. У нашій Галактиці щорічно утворюється кілька таких об'єктів, і, отже, рівно таке ж число зірок з масою, приблизно рівною сонячної, закінчують свій шлях на головній послідовності, перетворюючись в білі карлики.
Однак приблизно один раз в 50 100 років відбувається спалах сверхновойзвезди I типу. Важливо, що вибухає зірка з масою, приблизно рівною масі Сонця. Значить, в одному зі ста випадків ми маємо відхилення від стандартного шляху зоряної еволюції. Сотня зірок «йде в ногу» з головної послідовності до закономірного кінця, а одна йде з второваною дороги і йде своїм шляхом. Чому?
Гіпотез тут, природно, чимало, але «хорошого» відповіді на це інтригуюче питання немає. Ми поговоримо про деякі моделі вибухів наднових зірок I типу. Але, перед тим як перейти до опису природних процесів, що призводять зірку до драматичного фінішу, зупинимося коротко на деяких порівняльних характеристиках спалахів наднових I і II типу.
При вибухах наднових зірок викидається величезна кількість речовини. При спалахах нових воно досягає 10

5 маси Сонця. А під час вибуху наднової зірки II типу маса викинутого, газу перевершує масу Сонця. Утворюється величезна оболонка, туманність, існуюча десятки тисяч років. Але якщо під час вибуху викидається така велика маса, то це незаперечно свідчить про те, що вибухнула досить масивна зірка. Висновок цей підкріплюється оцінками, згідно з якими під час вибуху наднової зірки I типу утворюється оболонка з масою «всього» в 0,1 маси Сонця.
Отже, в разі наднових зірок I і II типів ми маємо справу з грандіозними вибухами. Який механізм цих вибухів і в чому їх причина? Це дуже важке питання, і ми почнемо його обговорення зі наднових II типу. Тут ясності більше, хоча, звичайно, і в цьому випадку поняття ясності досить відносно, оскільки природа не дуже-то прислухається до розрахунків теоретиків.
У попередньому розділі ми стверджували, що доля зірки, взагалі кажучи, визначається її масою. Ми наголошували, що у масивних зірок ядро ​​може зазнавати ряд перетворень, коли йде послідовна зміна циклів термоядерних реакцій протон-протонний, С-N-О, потрійний а-процес. Коли в ядрі виснажується гелій, починається горіння вуглецю з утворенням більш важких елементів.
У всьому цьому ланцюжку подій можуть виникнути деякі нестійкі стану ядра зірки, які «зіштовхнуть» її зі звичайного еволюційного шляху і перетворять, в наднову II типу. Добре відомо, наприклад, що швидкість генерації енергії в термоядерних реакціях дуже чутлива до температури. Підвищення температури підвищує тиск в ядрі, а це, в свою чергу, призводить до розширення і охолодження ядра, і такий зворотний зв'язок підтримує постійний рівень температури.