Vzryvayushiesya zvezdy
Charushii vid velichestvennogo zvezdnogo neba tol'ko na pervyi vzglyad kazhetsya neizmennym. Kazhdyi, kto nablyudal za nebom v techenie neskol'kih chasov obyazatel'no zametit "padayushie zvezdy" - meteory. Nu a tot, kto vnimatel'no sledit za zvezdami izo dnya v den' imeet v svoei zhizni bol'shoi shans obnaruzhit' novuyu zvezdu, voznikshuyu kak by na pustom meste. Blesk takoi zvezdy postepenno uvelichivalsya, dostigal maksimuma i cherez nekotoroe vremya (poryadka neskol'kih mesyacev) oslabeval nastol'ko, chto zvezda stanovilas' nevidimoi vooruzhennym glazom, ischezala. Eshe bolee grandioznoe nebesnoe yavlenie, poluchivshee nazvaznie sverhnovoi zvezdy, dazhe ostavilo svoi sled vo mnogih istoricheskih letopisyah raznyh narodov, potomu chto blesk takoi sverhnovoi zvezdy, poyavivsheisya opyat' zhe kak by na pustom meste, inogda dostigal takoi velichiny, chto zvezda stanovilas' vidimoi dazhe dnem! Yavleniya novyh zvezd byli obnaruzheny v glubokoi drevnosti, a v posledie sto let, kogda astronomicheskie nablyudeniya stali nosit' regulyarnyi harakter, a vid zvezdnogo neba stalo vozmozhno "protokolirovat'" na fotoplastinkah, stalo yasno, chto na meste "novyh" zvezd na samom dele est' slaben'kie zvezdochki -- prosto vnezapno ih blesk uvelichivaetsya, dostigaet maksimuma i zatem vnov' umen'shaetsya do "spokoinogo" urovnya. Bolee togo, stalo yasno, chto inogda yavlenie novoi zvezdy proishodit bolee ili menee regulyarno na odnom i tom zhe meste, to est' odna i ta zhe zvezda po kakim-to prichinam raz v sto let ili chashe sil'no uvelichivaet svoyu svetimost'. Ne tak obstoit delo so sverhnovymi -- esli na ih meste do nachala vspyshki i zametna zvezda (kak, naprimer, v sluchae poslednei otnositel'no yarkoi sverhnovoi 1987 g. v Bol'shom Magellanovom Oblake), to posle vspyshki eta zvezda deistvitel'no "ischezaet", sbrasyvaet obolochku, kotoraya zatem nablyudaetsya dolgie gody kak svetyashayasya tumannost' - ostatok vspyshki sverhnovoi, i, kak vpervye stalo yasno v 30-e gg. HH veka gollandskim astronomam Baade i Cvikki, v rezul'tate mozhet obrazovat'sya sverhplotnaya neitronnaya zvezda ili dazhe zagadochnaya chernaya dyra. Eta gipoteza obratilas' v uverennost' posle otkrytiya pul'sara - bystrovrashayusheisya neitronnoi zvezdy s periodom 33 millisekundy v centre izvestnoi Krabovidnoi tumannosti v sozvezdii Tel'ca, poyavivsheisya na meste vspyshki sverhnovoi 1054 g.
Novye zvezdy
Itak, yavleniya novyh i sverhnovyh zvezd imeyut
sovershenno razlichnuyu prirodu. Kakovo zhe
sovremennoe predstavlenie o nih? Nachnem s
novyh zvezd. Vo vremya vspyshki
blesk novoi uvelichivaetsya na 12-13
zvezdyh velichin, a vydelyaemaya energiya
dohodit do erg (takaya energiya vydelyaetsya
Solncem primerno za 100 tysyach let!). Do serediny 50-h
godov priroda vspyshek novyh zvezd ostavalas'
neyasnoi. No v 1954 g. bylo obnaruzheno, chto izvestnaya
novaya zvezda DQ Gerkulesa vhodit v
sostav tesnoi dvoinoi zvezdnoi sistemy
s orbital'nym periodom neskol'ko
chasov. V dal'neishem okazalos', chto vse novye
zvezdy yavlyayutsya komponentami tesnyh dvoinyh
sistem, v kotoryh odna zvezda - kak pravilo
zvezda glavnoi posledovatel'nosti
tipa nashego Solnca, a vtoraya - kompaktnyi, s
razmerami v sotuyu dolyu ot radiusa Solnca (a on
raven primerno 700000 km), belyi karlik.
Orbita takoi dvoinoi zvezdy nastol'ko
tesna, chto normal'naya zvezda okazyvaetsya sil'no
deformirovannoi prilivnym
vozdeistviem kompaktnogo soseda -
belogo karlika, i plazma iz
atmosfery
etoi zvezdy mozhet svobodno padat' na belyi
karlik, obrazuya vokrug nego diskoobraznuyu
obolochku (akkrecionnyi disk).
Veshestvo v diske tormozitsya vyazkimi
silami, nagrevaetsya i obrazuet svechenie
(imenno ono i nablyudaetsya v spokoinom sostoyanii),
i v konce koncov dostigaet poverhnosti belogo
karlika. Po mere padeniya etogo veshestva, na belom
karlike obrazuetsya plotnyi tonkii sloi,
temperatura kotorogo postepenno vozrastaet. V
konce koncov (kak raz za harakternoe vremya ot
neskol'kih let do soten let) fizicheskie usloviya v
etom poverhnostnom sloe (temperatura
i plotnost') dostigayut stol' vysokih
znachenii, chto stolknoveniya bystryh protonov
nachinayut privodit' k termoyadernoi
reakcii sinteza geliya.
No v otlichie ot central'nyh chastei Solnca, gde
eta reakciya idet dostatochno medlenno iz-za
specificheskogo svoistva ustoichivyh
zvezd - otricatel'noi teploemkosti
ih nedr - na poverhnosti belogo
karlika reakciya nosit vzryvoobraznyi harakter
(glavnym obrazom iz-za ochen' bol'shoi plotnosti
veshestva). Imenno etot termoyadernyi vzryv na
poverhnosti belogo karlika i privodit k
sbrosu
nakopivsheisya obolochki (kstati, ves'ma maloi
massy - "vsego" okolo sotoi doli massy Solnca, t.e. 10 mass Yupitera),
razlet i svechenie kotoroi i
nablyudaetsya kak fenomen novoi zvezdy.
Nesmotrya na vydelennuyu energiyu v
erg,
razletayushayasya obolochka prakticheski ne okazyvaet
zametnogo vozdeistviya na sosednyuyu zvezdu, i ta
prodolzhaet "postavlyat'" svezhee
"toplivo" dlya sleduyushego vzryva.
Kak pokazyvayut ocenki, chislo novyh zvezd,
ezhegodno vspyhivayushih v nashei Galaktike,
dostigaet sotni. Yasno, chto mezhzvezdnoe
pogloshenie i raspredelenie zvezd po
rasstoyaniyam ot Solnca delaet nevozmozhnym
nablyudenie vseh etih ob'ektov. No samye yarkie
novye zvezdy dovol'no chasto byvayut vidny
nevooruzhennym glazom (let 20 nazad, v 1975 godu,
novaya zvezda v sozvezdi Lebedya okolo
polugoda "iskazhala" krestoobraznuyu
konfiguraciyu etogo sozvezdiya). S nachalom ery
rentgenovskoi astronomii (60-e gody)
vyyasnilos', chto novye zvezdy vspyhivayut ne
tol'ko v opticheskom diapazone
- tak, v 70-e gody byli otkryty t.n.
rentgenovskie
barstery - regulyarno vspyhivayushie
rentgenovskie istochniki. mehanizm ih vspyshek
prakticheski tot zhe, chto i dlya klassicheskih novyh
zvezd, za tem isklyucheniem, chto kompaktnaya zvezda
v tesnoi dvoinoi sisteme, kak vyyasnilos', ne
belyi karlik, a eshe bolee kompaktnaya neitronnaya
zvezda s radiusom vsego v 10 km! Veshestvo
normal'noi zvezdy tipa Solnca ili krasnogo
karlika "sryvaetsya" prilivnymi silami so
storony neitronnoi zvezdy, obrazuet akkrecionnyi
disk, popadaet na poverhnost' neitronnoi
zvezdy bez bol'shogo magnitnogo polya,
nagrevaetsya tam i privodit k povtoryayushimsya termoyadernym vzryvam. A bol'shaya
kompaktnost' neitronnoi zvezdy privodit k tomu,
chto osnovnaya energiya pri vzryve uhodit v vide
bolee energichnyh rentgenovskih
kvantov.
Nakonec, nel'zya ne upomyanut' eshe ob odnom tipe novyh zvezd - rentgenovskih novyh zvezdah, kotorye vpyhivayut v rentgenovskom diapazone na neskol'ko mesyacev, a zatem polnost'yu ischezayut. Seichas takih rentgenovskih novyh izvestno okolo 10, i samoe volnuyushee otkrytie poslednih let, sdelannoe sovmestnymi usiliyami rentgenovskih i opticheskih astronomov Rossii, Ukrainy (s borta orbital'nogo kompleksa MIR-Kvant i observatorii "Granat" i v Krymskoi Astrofizicheskoi Observatorii) i za rubezhom, sostoit v tom, chto vo vseh rentgenovskih novyh kompaktnymi zvezdami yavlyaetsya, po-vidimomu, chernye dyry s massoi okolo 10 mass Solnca, sushestvovanie kotoryh neizbezhno sleduet iz Obshei teorii otnositel'nosti A.Einshteina. Priroda vspyshki zdes' sushestvenno inaya, chem u klassicheskih novyh zvezd i rentgenovskih barsterov, t.k. chernye dyry ne imeyut kakoi-libo poverhnosti, na kotoroi mozhet skaplivat'sya akkreciruemoe veshestvo. Kak polagayut, vyspyshka rentgenovskoi novoi svyazana s vnezapnym gigantskim energovydleniem v okruzhayushem chernuyu dyru akkrecionnom diske, i vyyasnenie prichiny takogo neustoichivogo povedeniya akkrecionnyh diskov - odna iz aktual'nyh zadach sovremennoi astrofiziki.
Sverhnovye zvezdy
Obratimsya teper' k yavleniyu
sverhnovoi zvezdy
- odnomu iz samyh grandioznyh kosmicheskih
yavlenii. Korotko govorya, sverhnovaya - eto
nastoyashii vzryv zvedy, kogda bol'shaya
chast' ee massy (ili dazhe vsya) sbrasyvaetsya so
skorost'yu do 10 tysyach km/s v prostranstvo, a
ostavshayasya central'naya chast' shlopyvaetsya
(kollapsiruet) v sverhplotnuyu
neitronnuyu zvezdu
ili dazhe v chernuyu dyru.
Sverhnovye igrayut fundamental'nuyu rol' v
evolyuci zvezd, yavlyayas' "finalom"
zhizni zvezd s massami bolee 8-10 solnechnyh mass,
rozhdaya neitronnye zvezdy i chernye dyry i
obogashaya mezhzvezdnuyu sredu tyazhelymi
himicheskimi elementami (prakticheski vse
himicheskie elementy tyazhelee kisloroda
kogda-to obrazovalis' pri vzryve kakoi-nibud'
massivnoi zvezdy. Ne v etom li razgadka izvechnoi
tyagi chelovechestva k zvezdam? Ved' v mel'chaishei
krovinke zhivoi materii est' atomy
zheleza, kazhdyi iz kotoryh byl sintezirovan
pri gibeli massivnoi zvezdy, i v etom smysle lyudi
srodni tomu snegoviku iz skazki G.-H. Andersena,
kotoryi ispytyval neob'yasnimuyu lyubov' k zharkoi
pechke, potomu chto osnovoi ego byla kocherga ... ). Po
svoim nablyudaemym harakteristikam sverhnovye
prinyato razdelyat' na 2 shirokih klassa -
sverhnovye 1go i 2-go
tipa. V spetrah
sverhnovyh 1-go tipa
net linii vodoroda, zavisimost' ih
bleska ot vremeni (t.n. krivaya
bleska) pochti ne menyaetsya ot sverhnovoi k
sverhnovoi, svetimost' v maksimume
bleska primerno odinakova.
Sverhnovye 2-go tipa,
naprotiv, imeyut bogatyi vodorodnymi liniyami opticheskii spektr, formy ih krivyh
bleska vesma raznoobrazny, blesk v maksimume
sil'no razlichaetsya u raznyh sverhnovyh. Chtoby
dopolnit' kartinu razlichii mezhdu etimi tipami
sverhnovyh ukazhem, chto tol'ko sverhnovye 1-go
tipa vspyhivayut v ellipticheskih
galaktikah (t.e. galaktikah bez spiral'noi
struktury s ponizhennym tempom
zvezdoobrazovaniya, osnovnoi sostav kotoryh
- malomassivnye krasnye zvezdy), v
to vremya kak v spiral'nyh galaktikah
(k chislu kotoryh prinadlezhit i nasha galaktika
Mlechnyi Put') vstrechayutsya oba tipa sverhnovyh,
prichem ustanovleno, chto sverhnovye 2-go tipa
koncentriruyutsya k spiral'nym rukavam
galaktik, gde idet aktivnyi process
zvezdoobrazovaniya i mnogo molodyh massivnyh
zvezd. Eti fenomenologicheskie osobennosti
navodyat na mysl' o razlichnoi prirode dvuh tipov
sverhnovyh. Seichas nadezhno ustanovleno, chto pri
vzryve lyuboi sverhnovoi osvobozhdaetsya vsegda
primerno odno i to zhe (gigantskoe!) kolichestvo
energii erg, chto sootvetstvuet energii
svyazi obrazuyushegosya kompaktnogo ostatka
(napomnim, chtoenergiya svyazi zvezdy
sootvetstvuet takomu kolichestvu energii,
kotoroe nuzhno zatratit', chtoby "raspylit'"
veshestvo zvezdy na beskonechno udalennoe
rasstoyanie). Osnovnaya energiya vzryva
unositsya ne fotonami,
a neitrino
- relyativistkoi chasticei s ochen'
maloi massoi ili voobshe bezmassovoi (etot vopros
aktivno issleduetsya poslednie 10-20 let na samyh
moshnyh uskoritelyah elementarnyh
chastic), tak kak bol'shaya plotnost' zvezdnyh
nedr ne pozvolyaet fotonam svobodno
pokidat' zvezdu, a neitrino chrezvychaino slabo
vzaimodeistvuyut s veshestvom (kak govoryat, imeyut
ochen' maloe sechenie vzaimodeistviya)
i dlya nih nedra zvezdy vpolne "prozrachny".
Okonchatel'noi samosoglasvannoi teorii vzryva
sverhnovyh s obrazovaniem kompaktnogo ostatka
i sbrosom vneshnei obolochki ne sushestvuet vvidu
krainei slozhnosti ucheta vseh fizicheskih
processov, proishodyashih pri vspyshke sverhnovoi.
Odnako vse dannye govoryat o tom, chto sverhnovye
2-go tipa yavlyayutsya sledstviem kollapsa yadra
zvezdy, v kotorom proishodilo termoyadernoe
gorenie snachala vodoroda v
gelii, zatem geliya v
uglerod i tak dalee do obrazovaniya
izotopov elementov "zheleznogo
pika" - zheleza,
kobal'ta
i nikelya, atomnye yadra
kotoryh imeyut maksimal'nuyu energiyu
svyazi v raschete na odnu chasticu (yasno, chto
prisoedinenie novyh chastic k yadru, naprimer,
zheleza, budet trebovat' zatrat energii, a potomu
termoyadernoe gorenie i "ostanavlivaetsya" na
elementah zheleznogo pika). Chto zhe zastavlyaet
central'nye chasti massivnoi zvezdy teryat'
ustoichivost' i kollapsirovat' kak tol'ko
zheleznoe yadro stanet dostatochno massivnym (okolo
1.5 mass Solnca)? V nastoyashee vremya izvestny dva
osnovnyh faktora, privodyashie k kollapsu.
Vo-pervyh, eto "razval" yader zheleza na 13