Книга: Астрономия на пальцах.

Глава 4. Как умирают звезды

Глава 4. Как умирают звезды

Как рождаются звезды, мы уже поняли. Гравитация, то есть взаимное притяжение тел, имеющих массу, постепенно стягивает атомы рассеянного в космосе газа. По мере уплотнения и разогрева (из-за уплотнения) частицы начинают сталкиваться друг с другом все чаще, все энергичнее и в конце концов, в этом газовом шаре разгораются термоядерные реакции.

Кстати, а почему электронные шубы не мешают протонам сталкиваться и участвовать в живительной термоядерной реакции? Ведь, как мы знаем, ядра атомов окружены электронами. Для простоты их можно представлять себе как шарики, кружащиеся вокруг ядра, а можно – как туманные электронные облачка со всех сторон окружающие ядро. В атоме водорода, правда, всего один электрон кружится вокруг одного-единственного протона, но все равно ведь кружится! И для того, чтобы два ядра атомов водорода, то есть два протона, столкнулись, нужно, чтобы они сначала как-то сбросили с себя мешающие электронные шубы.

Они их и сбрасывают! Дело в том, что в звездах царят такие температуры, то есть энергии частиц настолько велики, то бишь они носятся, как оглашенные с такими скоростями, что электроны просто «не успевают» притянуться к протонам и образовать честный атом водорода. Просто пролетают мимо да и все, «ау» не успев крикнуть! То есть можно сказать, что водород там существует в разобранном виде. Или, если хотите в несобранном. В виде элементарных частиц. То есть собралось облако нормального такого человеческого водорода, сгустилось в газовый шар протозвезды (греческое слово «прото» означает «первичный», то есть «первичная дозвезда»), а потом, по мере гравитационного разогрева, температура и плотность растут, частота и энергичность столкновений растут, и атомам начинает «срывать крыши» – электроны отлетают от протонов и начинают носиться сами по себе, словно дети на перемене. Физики про этот процесс говорят: «Газ ионизируется!»

Ионы – это заряженные частицы. То есть в процессе ионизации нормальное честное электронейтральное вещество распадается либо полностью, как в случае с атомом водорода, либо частично, как с более сложными веществами, у которых срывает с орбит только один-два внешних электрона. Вы ведь, надеюсь, не забыли, что в таблице Менделеева существуют химические элементы, в ядрах которых сгруппированы десятки протонов, а вокруг ядер кружатся десятки электронов. Вот если у какого-нибудь из них сорвет электрон-другой с внешней орбиты, получится положительно заряженный ион. (А иногда на атом налипает и лишний электрончик. Тогда образуется отрицательно заряженный ион.) На этом небольшое, но полезное знакомство с ионами заканчиваем и возвращаемся в мир звезд.

Итак, облако космического газа стянулось гравитацией в огромный небесный ком шарообразной формы, оно разогрелось и сначала ионизировалось (процесс ионизации начинается примерно при температуре в 4000 градусов), с водородных атомов посрывало электронные шубы, оголив протоны, которые, когда температура еще подросла, начали вскоре стукаться друг о друга, и запустилась термоядерная реакция с обильным выделением энергии в виде излучения.

Зажглась звездочка!

Кстати, из газового облака может образоваться не одна звезда, а две, если газ собирается к двум случайным сгущениям, из которых впоследствии зажигаются две звезды. Тогда получается двойная система или, как ее еще называют, двойная звезда – две звезды кружатся друг вокруг друга, словно танцоры, взявшись за руки. И эти руки – гравитационные силы, то есть силы тяготения.

В зависимости от того, сколько вещества было в первоначальном газовом облаке, которое собралось в звезду, судьба этой звезды сложится по-разному.

Если газовое облако было небольшим, и звезденка получилась маленькая да легонькая, ее массы не хватит для мощного гравитационного уплотнения и, соответственно, разогрева, который мог бы зажечь полноценную термоядерную реакцию. Если это и случится, небольшой запасец ядерного топлива там быстро прогорит. Такая легонькая звездулька не будет слишком горячей (в зависимости от массы ее температура колеблется от комнатной до 4000 градусов). Она практически не светится, но излучает тепло, то есть почти вся ее светимость будет лежать в диапазоне инфракрасного электромагнитного излучения. Понятно, что слово «светимость» образовано от слова «свет», поэтому употреблять его по отношению к темному объекту, который не светится в видимом диапазоне, несколько непривычно. Но зато эта «недозвездочка» светится в тепловом диапазоне – как русская печка в деревенском доме, которая тоже не лучится видимым светом, а испускает свет невидимый, то есть источает тепло (электромагнитное излучение в т. н. инфракрасном диапазоне). В общем, такие звездочки-недоделки называют коричневыми карликами, мы их упоминали, когда рассматривали Главную последовательность. По сути, это промежуточное звено между звездами и тяжелыми планетами.

А если газовое облако, из которого сгустилась звезда, будет потяжелее, и гравитирующей массы хватит для запуска мощной термоядерной реакции, вот тогда и начинается самое интересное! Дальнейшая судьба звезды целиком зависит от ее массы и может быть весьма и весьма необычной.

Давайте же понаблюдаем за жизнью звезд повнимательнее, и не обижайтесь, если мы где-то будем повторяться, ибо повторение – мать учения, а без мамы жить не очень хорошо.

Итак, облако первичного газа постепенно собирается в шар, внутри которого растут давление и температура. Аналогичный процесс вы можете наблюдать в велосипедном насосе, накачивая колесо, – вы сжимаете поршнем воздух, и трубка насоса постепенно нагревается, потому что при сжатии газа растет его температура. Только в насосе вам никогда не удастся так нарастить температуру, чтобы, черт возьми, там началась термоядерная реакция! Для этого нужны миллионы градусов! А вот в центре гигантских (по сравнению с велосипедным насосом да и всей нашей планетой) газовых образований термоядерная реакция начинается, поскольку температуры там – как раз миллионы градусов. Скажем, внутри нашего Солнца температура достигает 20 миллионов градусов, а на поверхности Солнца – всего 6 тысяч градусов.

Разгоревшись в центре засиявшей звезды, термоядерная реакция начинает противостоять дальнейшему гравитационному сжатию. Сила гравитации стремится и дальше стискивать вещество к центру, а излучение термоядерной реакции препятствует этому, расталкивая вещество. По сути, внутри звезды происходит перманентный (то есть постоянный) термоядерный взрыв. Человечество тоже научилось запускать термоядерную реакцию, однако пока она получается у нас неуправляемой – в виде термоядерного взрыва водородной бомбы. А вот термоядерную электростанцию пока что построить не удается, но непременно удастся, и к концу нашего века изрядная часть электричества на планете будет вырабатываться на термоядерных станциях.

В общем, внутри звезды бушует мощный термоядерный пожар, выделяя кучу энергии, которая в виде излучения разлетается в разные стороны в открытый космос. И биосфера Земли этим излучением пользуется, купаясь в нем и живя благодаря ему.

Когда звезда активно и с видимым удовольствием сжигает в термоядерной топке свое главное топливо – водород, она находится в пределах Главной последовательности, которую мы уже проходили, и, если вы не поленитесь пролистать странички назад, сможете еще раз полюбоваться на эту прекрасную картинку.

Постепенно выгорая, водород превращается в гелий, а затем начинает гореть гелий, нарабатывая все более и более тяжелые ядра. Все тонкости этого непростого процесса мы сейчас рассматривать не будем, иначе у вас голова взорвется от натуги, но на два хитрых обстоятельства внимание обратим.

Обстоятельство № 1. Водород вступает в термоядерную реакцию только в центре звезды, а в ее внешних слоях для этого слишком холодно. Когда водород в центре звезды выгорает, превратившись в продукт горения – гелий, прекращается распирающее давление термоядерной реакции, и гравитация вновь начинает сжимать звезду к центру. До тех пор, пока из-за сжатия температура в серединке не повысится настолько, что станет возможной дальнейшая ступень реакции – на сей раз в термоядерную реакцию вступит гелий, с образованием следующих, более тяжелых веществ.

Этот цикл выгорания-сжатия повторяется и повторяется, запуская в термоядерную топку все более тяжелые ядра, для реакции которых требуются все более и более высокие температуры. Например, чтобы запустить реакцию превращения углерода в кислород (не поленитесь, загляните в табличку Менделеева и найдите там эти два главных химических элемента жизни) нужна температура уже в 200 миллионов градусов! А для того, чтобы запалить реакцию превращения никеля из кремния (смотрим табличку!), нужна уже температура в 3,5 миллиарда градусов!

Таким образом звезда работает как бы в автоматическом режиме, запуская поочередно синтез все более тяжелых химических элементов ступень за ступенью – словно нарочно для того, чтобы наработать из первичного вселенского водорода всю таблицу Менделеева.

Ой, соврал! Не всю! Как только наработка вещества доходит до железа (опять смотрим табличку Менделеева!), дальнейший синтез прекращается. И это будет обстоятельство № 2, на котором я бы хотел заострить внимание. То есть наработана только половина таблицы Менделеева, а синтез останавливается! Почему это происходит, мы узнаем чуть позже, когда закончим рассмотрение обстоятельства № 1. Оно, напомню, заключается в том, что звезда работает в «ступенчато-автоматическом» режиме: выгорело легкое топливо – звезда сжалась к центру, увеличив там температуру и давление газа, – зажглась вторая ступень реакции, уже на более тяжелом топливе. Реакции эти идут не только последовательно, но отчасти и одновременно – в самом центре звезды могут уже гореть тяжелые элементы, синтезируя еще более тяжелые, в окружающем ядро горячем слое горит гелий, а вокруг него внешним слоем еще пылает водород. То есть в каждый момент состав звезды включает в себя сразу множество химических элементов, а не так, что сначала сгорел весь водород, потом весь гелий и так далее… Нет, звезда в этом смысле как матрешка, и в каждом слое может гореть свое.

Этот рисунок объясняет, почему для вступления в термоядерную реакцию более тяжелых ядер нужны более высокие температуры. Температура – это мера энергии частиц или, попросту говоря, их скорость.

Чем больше протонов в ядре, то есть чем тяжелее химический элемент, тем больше его совокупный положительный заряд. И тем сильнее взаимное отталкивание, поскольку, как мы помним, одинаково заряженные частицы отталкиваются. А это значит, тем больше энергии нужно приложить (до большей скорости разогнать частицы), чтобы ввести частицы в соприкосновение – столкнуть их. И дать возможность короткодействующим ядерным «крючкам» сцепить их.

И вот тут возникает удивительная штука. После того, как в центре светила в какой-то момент вспыхивает очередная ступень термоядерного синтеза с очень высокими температурами, давление излучения становится столь сильным, что раздувает внешние оболочки звезды. И звезда необратимо меняется, превращаясь в красный гигант – спектр ее светимости смещается в сторону красного света, а размер увеличивается во много раз. Наше Солнце ждет та же страшная (для нас) участь.

Сейчас наша любимая небольшая звездочка, наш замечательный желтый карлик пока еще находится на стадии сжигания водорода. Возраст Солнца и всей нашей Солнечной системы 5,7 млрд лет. И все это время Солнце находится в стабильном режиме выгорания водорода. Этого топлива ему хватит еще на 5 миллиардов лет. А потом начнутся те процессы, которые описаны выше – станут включаться следующие ступени синтеза, Солнце начнет раздуваться в размерах, краснеть, и в конце концов раздуется до размеров земной орбиты и поглотит нашу планету. А перед этим – сожрет Меркурий и Венеру. Но жизнь на Земле закончится еще раньше, потому что из-за постепенного роста светимости и температуры земные океаны испарятся за пару миллиардов лет до этого.

Все это очень печально, и, видимо, человечеству придется как-то бежать с Земли, чтобы не погибнуть. Одно радует: это случится очень не скоро.

Хорошо еще, что Солнышко – небольшая звездулечка, поэтому работает долгое время, неспешно выжигая водород в стабильном режиме. А вот большие звезды из-за огромной массы и необходимости противостоять мощному гравитационному сдавливанию столь же мощным противодавлением излучения так быстро тратят на это свое топливо, что, несмотря на то, что топлива этого у них огромное количество, свой жизненный цикл такие звезды завершают не за миллиарды, а за какие-то жалкие миллионы или десятки миллионов лет. Этого времени не хватит на то, чтобы на планетах вокруг звезды-гиганта возникла жизнь. Так что, если, став взрослым, соберетесь искать жизнь на других планетах, не ищите вокруг массивных звезд. Ищите жизнь вокруг звезд класса Солнца. Поняли? А если коллеги по звездолету будут спрашивать, почему именно так, а не иначе, скажите, что в детстве читали про это одну умную книжку.

После того, как очередная порция топлива в серединке звезды выгорит, там начнется гравитационное сжатие, которому уже не противостоит распирающее излучение (топливо-то кончилось!).

Но поскольку масса Солнца не велика, гравитационного сжатия не хватит на то, чтобы разжечь следующую ступень синтеза – более тяжелых химических элементов. Солнце сбросит свою раздувшуюся внешнюю оболочку, которая в виде туманности разлетится в разные стороны, а серединка Солнца превратится в так называемого белого карлика – небольшую звездочку, которая будет еще какое-то время излучать в пространство остаточное тепло, пока совсем не остынет.

Еще интереснее! Середина звезды по мере выгорания очередного химического элемента начнет сжиматься под действием гравитации из-за того, что ее больше не распирает излучением. И будет сжиматься до тех пор, пока гравитация не уплотнит и не разгорячит ее вещество настолько, что включится очередная порция синтеза очередного, более тяжелого химического элемента. Затем выгорит и он, и, если массы звезды хватит для дальнейшей ступени разогрева и запуска, выработавшийся на прошлой стадии элемент сам станет топливом.

Но!

Теперь нам придется вернуться к обстоятельству № 2, к которому мы обещали вернуться ранее и которое, напомню, заключается в том, что синтез более тяжелых, чем железо, элементов в звездах не идет. То есть звезды могут выработать только половину таблицы Менделеева – до железа включительно. А нам-то нужна вся! Загляните-ка еще раз в таблицу Менделеева! Как же мы без золота будем? И уран с плутонием нам нужны в качестве топлива для атомных электростанций. Ртуть мы используем в градусниках. Свинец – в аккумуляторах. Из меди делаем провода. Цинком покрываем тазы и ведра. Газ криптон задуваем в газоразрядные лампы. Тонким слоем серебра покрываем обратную сторону зеркала, чтобы оно отражало. Олово применяется для пайки проводов. Спиртовым раствором йода мы мажем ранки… И это далеко не полный перечень нужных химических элементов, которые не нарабатываются в термоядерных звездных топках. Потому что, повторюсь, звезды производят только элементы легче железа.

Почему только до железа? И откуда тогда берутся остальные элементы, которые мы используем и из которых состоим?

Это, ребята, интересный вопрос, требующий ответа. И для ответа на него надо чуток углубиться в физику элементарных частиц. Это ничего, если я за пять минут сделаю из вас специалистов по физике элементарных части? Вот и славно!

Тогда давайте проведем мысленный эксперимент. Представьте себе две абсолютно одинаковые игрушки, собранные из деталек конструктора «Лего». Представили?

На левую чашу весов мы кладем целую игрушку, а на правую – такую же игрушку, разобранную на детальки. Какая чаша перевесит?

Да никакая! Ясно, что весы уравновесятся, поскольку в сумме все детальки по отдельности весят столько же, сколько все детальки в сборе.

Это же проще пареной репы!

Верно. В макромире это действительно так. А вот в микромире, то есть в мире элементарных частиц, это вовсе не так – там собранная конструкция весит меньше, чем отдельные детали! И эта разница называется дефектом массы. Например, четыре частицы, взятые от отдельности – два протона и два нейтрона – весят больше, чем сборная конструкция из этих частиц, сцепленных вместе сильным взаимодействием и представляющая собой ядро атома гелия.

«Лего» микромира – это совсем не то, что «Лего» нашего мира.

Ну и куда же делась лишняя масса при сборке?

Мы уже знаем ответ на этот вопрос: она выделилась в виде энергии, то есть превратилась в излучение! В то самое излучение, которым светят звезды, когда в них идет термоядерная реакция синтеза, то есть слияния простых деталек в более сложные конструкции. Потому что в микромире нет различий между массой и энергией, между веществом и волной.

Можно и так сказать, что энергия улетевшая к чертовой матери при синтезе (сборке) ядра – это характеристика прочности собранного ядра, энергия его внутренней связи. Чем больше улетело, то есть чем больше дефект массы, тем крепче связь между собранными в конструкцию детальками. Почему? Ну смотрите, если часть массы при образовании сборной конструкции улетела в виде излучения, то для того, чтобы эту конструкцию обратно разобрать, нужно эту улетевшую энергию обратно в собранное ядро добавить, энергично шарахнув по нему. Тогда добавленная при ударе энергия превратится в массу, и ядро разлетится на отдельные частички, которые снова в сумме будут весить больше, чем они весили в собранном состоянии.

То есть ядро гелия просто так не развалишь! Оно крепко сбито. Но самыми прочными, самыми стабильными являются ядра химических элементов, находящихся примерно в серединке таблицы Менделеева – в районе железа. У них максимальный дефект массы. То есть максимальная прочность на разрыв.

Для того чтобы «склеить» из двух протонов гелий, нужно сблизить всего два положительных зарядика, преодолев силу их отталкивания. А вот для того, чтобы сблизить для термоядерного слияния (синтеза) два больших ядра со множеством протонов, нужно затратить намного больше сил, поскольку их взаимное отталкивание очень велико (много положительных зарядиков сопротивляются сближению). Но чем больше ядра, тем больше в них протонов. А мы помним, что очень большие ядра неустойчивы в силу того, что ядерные силы весьма короткодействующие, и при наборе положительных зарядов (протонов) их отталкивание уже начинает преобладать над силами ядерного сцепления. То есть существуют некоторые оптимальные значения числа протонов, при которых ядра получаются наиболее устойчивыми, стабильными. Это ядра с максимальным значением дефекта масс. Их очень трудно разорвать, поскольку нужно вкладывать уже слишком большую энерго-разницу, равную дефекту масс. И при этом их еще не помогает разорвать взаимное отталкивание чересчур огромного числа протонов. Это ядра, лежащие в таблице Менделеева вокруг железа, соседние с ним. Посмотрите таблицу, найдите соседей железа в этом общежитии. Это самые крепкие жители таблицы!

Таким образом, дефект массы – второе имя крепкости связи частиц в ядре. Чем больше для ядра дефект массы, тем оно крепче.

Все, что лежит дальше от железа, имеет меньшую стабильность, меньший дефект масс, то есть расколоть здоровенные ядра легче, чем ядро железа, поскольку возможному расколу будут помогать силы отталкивания протонов в ядре.

Поэтому где-то в районе железа синтез более тяжелых элементов внутри звезд прекращается: чтобы склеивать ядра потяжелее, нужно уже потратить больше энергии на их сближение, чем мы получим в результате реакции синтеза. К слову сказать, для синтеза железа и стоящих рядом с ним в таблице Менделеева элементов нужна уже температура в 4 миллиарда градусов! А чтобы синтезировать более тяжелые ядра, столкнуть их между сбой, нужна еще бо?льшая энергия.

Откуда же она берется, если у звезд уже силенок не хватает на синтез всего, что тяжелее железа и его ближайших соседей? В рабочем режиме никакая звезда не может включить режим синтеза «зажелезистых» ядер, используя железо как топливо.

И вот там, где перестают действовать спокойные рабочие процессы, на помощь приходят процессы катастрофические. Иногда звезды взрываются! При этом выделяется столь колоссальная энергия, что ее хватает на синтез тяжелых и сверхтяжелых ядер. Частицы при взрыве получают такие ускорения, что могут начать сталкиваться, преодолевая мощные силы электроотталкивания, даже очень тяжелые ядра, содержащие многие десятки протонов. Именно во время таких взрывов и происходит во Вселенной наработка всего, что тяжелее железа – золота, платины, урана, свинца, серебра и многих прочих элементов.

Сейчас расскажу…

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. Кто такой был этот Тихо Браге? Астроном он был, 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.

Возможно, она отражалась в серебряном носу датчанина и какое-то время он в полном изумлении переводил глаз с кончика носа на новую звезду, а быть может, автору книги это просто представилось. Но факт остается фактом: 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.

Прежде всего надо понять, что вспышка новой или сверхновой – это не внезапное рождение звезды с ее 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 название – новая и сверхновая.

Новая звезда отличается от сверхновой только мощностью взрыва. Это примерно как атомная бомба и водородная. Атомная – это страшно. А водородная – вообще пипец!.. Новая звезда увеличивает при взрыве свою яркость в тысячи раз 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 карлика. 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, нужные 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. Но 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, то есть разлетающиеся ядра приобретают ту скорость, которая и позволяет им преодолевать электрическое отталкивание и сцепляться короткодействующими ядерными силами, образуя более тяжелые, чем у железа, ядра. 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 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. Пылевые облака 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… Я хочу еще немного поводить вас за ручку вокруг этой величайшей звездной катастрофы, чтобы вы как можно полнее ощутили 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 в гибели 60 % всех видов на планете. Эта катастрофа в науке носит название Ордовикско-силурийского вымирания, и ее причины никому неизвестны. 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 миллиардах 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, 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 течении ближайших 10–15 тысяч лет, что по меркам Вселенной практически завтра…

Как уже говорилось, судьба звезды зависит от ее массы. Если масса звезды меньше предела Чандрасекара, то… Как!? Вы не знаете что такое «предел Чандрасекара»? Неужели мама не пела вам про это колыбельных? Тогда придется объяснить. Слушайте сюда…

Субраманьян Чандрасекар – американский астроном индийского происхождения, который еще в прошлом веке провел расчеты, показавшие, что существует некий предел массы звезды, который кардинально влияет на ее судьбу. Предел этот назвали именем астронома, и равен он 1,38 солнечной массы. То есть если масса звезды не превышает 1,38 массы нашего Солнца, то в конце жизни она превратится в скучного белого карлика из так называемого вырожденного газа, представляющего собой плотно сбитую тяготением смесь ядер атомов и электронов. Белые карлики мы с вами проходили. Это такие угасающие заморыши, выработавшие свое топливо и остывающие медленно и печально. То есть Солнце наше, поначалу раздувшись и сбросив верхние слои, останется белым карликом. А сейчас оно – желтый карлик.

Но если масса звезды больше солнечной массы в 1,38 раза, гравитация, сжимающая звезду, не остановится на белом карлике, а начнет загонять электроны в протоны, превращая их в нейтроны, и бывшее светило превратится в нейтронную звезду. Тоже знакомый нам вариант. Эта судьба ждет звезды массой от 1,38 до 30 солнечных масс.

Ну а если масса звезды превышает солнечную более чем в 30 раз?

Тогда после вспышки сверхновой и гравитационного коллапса (сжатия) звезды уже ничто не может сопротивляться силе ее мощного тяготения, даже голые нейтроны. И звезда превращается в черную дыру. Это труднопредставимый объект, что ясно уже из самого его названия, которое сколлапсировавшей звезде дали не зря: тяготение такого объекта столь велико, что ничто не может его преодолеть, даже свет, имеющий самую большую скорость во Вселенной – 300 тысяч километров с секунду. Ничто в мире не движется быстрее света, то есть электромагнитной волны. И вот даже она не может вырваться из лап чудовищного тяготения черной дыры. Поэтому дыру и не видно. Такая звезда, испытавшая коллапс, будет выглядеть для стороннего наблюдателя, как черная дыра в пространстве.

Ничто не может остановить схлопывание такой звезды вовнутрь себя. Она будет сжиматься в точку с бесконечной плотностью и бесконечно малым объемом, называемую сингулярностью. Но мы этого уже не дождемся, поскольку течение физического времени зависит от силы тяготения: в поле тяготения все физические процессы с точки зрения внешнего наблюдателя замедляются. И чем сильнее гравитация, тем сильнее замедление. Иными словами «сама для себя» звезда схлопнется в точку мгновенно. Но для нас, наблюдающих этот процесс извне, коллапс звезды будет происходить вечно.

Надо сказать, что понятие размера или диаметра для черной дыры достаточно условно, ведь она стремится схлопнуться в ноль, в точку (правда, как мы уже знаем, внешний наблюдатель этого никогда не дождется). Поэтому применительно к черным дырам используют два синонимичных понятия – «сфера Шварцшильда» и чуть более поэтичное «горизонт событий». Вот они и считаются размерами черной дыры.

Сфера Шварцшильда, названная по имени немецкого астронома, – это воображаемая сфера, окружающая коллапсирующую звезду, при попадании вовнутрь которой ничто, даже квант света, уже не может вырваться обратно, удерживаемый колоссальным тяготением. Так сказать, точка невозврата или, вернее, сфера невозврата, поскольку окружает черную дыру со всех сторон.

Применительно к черной дыре сферу Шварцшильда по-другому называют еще горизонтом событий. Потому что никакое событие внутри черной дыры (то есть за сферой Шварцшильда) принципиально не может оказать влияния на наш мир, так как всякое влияние, включая информационное, передается при помощи материи (вещества или излучения). И если даже свет не может вырваться к нам из-за сферы Шварцшильда, чтобы донести какую-нибудь информацию, значит, мы ничего не можем узнать о том, что происходит за горизонтом событий, и все происходящее там никак не может повлиять на события в нашем мире. Отсюда и название такое – горизонт событий. То, что находится за горизонтом событий, просто выключено из нашего мира.

А почему тогда два названия – «сфера Шварцшильда» и «горизонт событий»? Просто «горизонт событий» понятие чуть более широкое, нежели «сфера Шварцшильда», и обозначает оно в теоретической физике такую область пространства-времени, откуда до нас не могут дойти никакие сигналы. Для черных дыр горизонтом событий является сфера Шварцшильда, вот и все.

Мы уже усвоили, что черными дырами становятся звезды тяжелее Солнца более чем в 30 раз. Ничто не может остановить их гравитационного схлопывания. А у звезд полегче для такого трюка просто не хватает собственной массы. Но если бы можно было каким-то чудом сжать наше Солнце так, чтобы оно превратилось в черную дыру, то это случилось бы, когда его диаметр стал бы равен всего 6 (шести) километрам. Напомню, сейчас, до воздействия чудо-пресса, естественный диаметр нашего светила составляет почти полтора миллиона километров. Вот насколько нужно уплотнить вещество, чтобы дальше оно уже само начало обваливаться внутрь себя, уходя в полное небытие.

То есть диаметры черных дыр, оставшихся после взрыва массивных звезд, довольно компактны!

Сравнительные размеры некоторых звезд. Обратите внимание, на каждом следующем рисунке самым маленьким кружком указана та звезда, которая на прежнем рисунке была самой большой. Иначе вы бы просто не разглядели Солнца и тем более красного карлика Волк-359 уже на втором рисунке.