Glava IX. Vspyshki sverhnovyh v nashei Galaktike | Oglavlenie | Glava XI. Pul'sary - eshe odin vid reliktov sverhnovyh

---

Glava X. RELIKTY OBOLOChEK SVERHNOVYH

Krabovidnaya tumannost' i drugie

My uzhe govorili, chto istoriya issledovaniya sverhnovyh v nashei Galaktike tesno svyazana s izucheniem vspyshki 1054 g. i ee ostatka - Krabovidnoi tumannosti. Eto pervaya tumannost', u kotoroi bylo obnaruzheno rasshirenie, nachavsheesya vo vremya vspyshki sverhnovoi. Ona okazalas' takzhe pervym sil'nym istochnikom radioizlucheniya, sovpavshim s gazovym ostatkom v nashei Galaktike. No etim ne ischerpyvayutsya otkrytiya, proslavivshie Krabovidnuyu tumannost'. Ona okazalas' eshe i pervym ob'ektom za predelami Solnechnoi sistemy, v kotorom obnaruzheno sil'noe rentgenovskoe izluchenie. V centre tumannosti odna iz sravnitel'no slabyh zvezdochek okazalas' unikal'nym po svoistvam ob'ektom - zvezdnym ostatkom sverhnovoi.

V etoi glave my poznakomimsya podrobnee s gazovymi ostatkami sverhnovyh, obrazovavshimisya v rezul'tate vybrosa rasshiryayushihsya obolochek, a so zvezdnymi reliktami sverhnovyh vstretimsya v sleduyushei glave.

Itak, pochti kazhdyi shag v izuchenii ostatkov sverhnovyh nachinaetsya s Krabovidnoi tumannosti. Eto, ochevidno, svyazano s tem, chto ona samyi blizkii iz molodyh ob'ektov takogo roda. Kak pravilo, esli my hotim privesti yarkii primer ostatka sverhnovoi, to obychno vspominaem Krabovidnuyu tumannost'. Odnako izuchenie ostal'nyh molodyh i staryh ostatkov pokazalo, chto v sluchae Krabovidnoi tumannosti my imeem skoree ne tipichnyi, a unikal'nyi po celomu ryadu svoistv ob'ekt, nepohozhii po sushestvennym chertam na ostal'nye.

Voobshe ostatki obolochek sverhnovyh ochen' raznoobrazny po vidu na fotografiyah, no bolee ili menee shodny po svoistvam radioizlucheniya. Sovremennye radioteleskopy pozvolyayut poluchat' podrobnye tak nazyvaemye radioizobrazheniya ostatkov sverhnovyh. Sochetanie fotosnimka s takim radioizobrazheniem naibolee pravil'no i naglyadno harakterizuet vid ostatka sverhnovoi.

Krabovidnaya tumannost' na snimkah poluchaetsya neodnorodnym gazovym sgustkom, v kotorom prostupaet set' tonkovoloknistyh krasnyh prozhilok, sozdayushih risunok, napominayushii kraba (ris. 27). Eto voloknistoe stroenie tumannosti osobenno chetko poluchaetsya na snimkah, poluchennyh s krasnymi fil'trami. Amorfnaya zhe massa tumannosti, vidnaya mezhdu prozhilkami, imeet nepreryvnyi spektr i sozdaet 80% izlucheniya tumannosti. Ee yarkost' vozrastaet k centru tumannosti. Takim zhe vozrastaniem k centru harakterizuetsya i yarkost' radioizlucheniya etogo ob'ekta (ris. 28). A v centre tumannosti, kak uzhe upominalos', obnaruzhen zvezdnyi ostatok sverhnovoi.

Ris. 27. Fotografiya Krabovidnoi tumannosti. Snimok sdelan na fotograficheskoi emul'sii, horosho chuvstvitel'noi k krasnym lucham. Vidny mnogochislennye prozhilki gazovyh volokon i slabyi amorfnyi fon tumannosti. Strelkoi otmechena zvezda, okazavshayasya pul'sarom.

Krivaya bleska sverhnovoi 1054 g. svidetel'stvuet, chto ee ostatok (Krabovidnaya tumannost') yavlyaetsya ostatkom sverhnovoi II tipa. V nashih okrestnostyah Galaktiki obnaruzhen eshe desyatok takih radioistochnikov s koncentraciei yarkosti k centru. Oni nazvany "plerionami". Chislo ih, vozmozhno, eshe bol'she, esli plerionami okazhutsya nekotorye kompaktnye galakticheskie radioistochniki.

Tipichnymi ostatkami sverhnovyh I tipa yavlyayutsya obolochechnye radioistochniki. Ryad takih ostatkov sverhnovyh naiden v sosednei nepravil'noi galaktike - Bol'shom Magellanovom Oblake. Kak my znaem, v nepravil'nyh galaktikah nablyudalis' vspyshki tol'ko sverhnovyh I tipa. Eto lishnii raz svidetel'stvuet, chto obolochechnye radioistochniki - ostatki sverhnovyh I tipa.

Ris. 28. Fotografiya Krabovidnoi tumannosti s nalozhennymi na nee liniyami ravnoi yarkosti radioizobrazheniya na dline volny 11 sm.

Obolochechnym ostatkom sverhnovoi yavlyaetsya i znakomyi nam ob'ekt Kassiopeya A. Hotya vozrast etogo ostatka pochti takoi zhe, kak Sverhnovyh Brage i Keplera, on znachitel'no prevoshodit ih moshnost'yu radioizlucheniya i skorost'yu rasshireniya obolochki. Na snimkah, poluchennyh s krasnym fil'trom na 5-metrovom teleskope, zametno, chto opticheskie detali etogo ostatka ne obrazuyut sploshnoi amorfnoi tumannosti, a sostoyat iz melkih sgustkov i volokon. Eti detali yavlyayutsya unikal'noi osobennost'yu Kassiopei A. Kak vidno iz ris. 29, ostatok sverhnovoi v radioizluchenii predstavlyaet soboi goryachuyu rasshiryayushuyusya obolochku, naibolee yarkimi chastyami kotoroi yavlyayutsya tolstye stenki, vidimye sboku. Na fotografii zhe eta yarkaya v radioizluchenii obolochka sovsem ne vidna. Massa Kassiopei A ravna primerno masse Solnca, togda kak u obychnyh ostatkov sverhnovyh obolochki sostavlyayut desyatye doli massy Solnca.

Ris. 29. Fotografiya Kassiopei A (negativ).
Vidny sgustki i volokna. Na snimok nalozheny linii ravnoi yarkosti radioizobrazheniya istochnika na volne 11 sm.

Yavlyaetsya li Kassiopeya A ostatkom sverhnovoi I tipa? Po-vidimomu, da. No takie massivnye obolochki sverhnovyh ne mogut obrazovyvat'sya v ellipticheskih zvezdnyh sistemah, gde vse zvezdy starye i malomassivnye. V sluchae Kassiopei A my vstrechaemsya so vzryvom zvezdy, massa kotoroi sostavlyaet neskol'ko mass Solnca. I vse zhe eto mozhet byt' sverhnovaya I tipa. Delo v tom, chto v ellipticheskih galaktikah vspyhivayut sverhnovye I tipa tol'ko starshih fotometricheskih klassov (ot 9-go i bolee).

Ris. 30. Voloknistaya tumannost' v Lebede. Ee uglovye razmery okolo 3 gradusov.

A sverhnovye I tipa mladshih klassov (6 - 8) vstrechayutsya tol'ko v spiral'nyh zvezdnyh sistemah. Oni mogut sootvetstvovat' vzryvam massivnyh zvezd.

Tipichnym starym ostatkom sverhnovoi schitaetsya sistema voloknistyh tumannostei v sozvezdii Lebedya, tozhe pokazyvayushaya harakternoe dlya podobnyh ob'ektov radioizluchenie, rasshirenie i obolochechnuyu strukturu (ris. 30). Izvestno eshe neskol'ko ob'ektov, imeyushih voloknistuyu strukturu na snimkah i obolochechnuyu-v radioizluchenii (tabl. 14). Vsego k 1985 g. opticheskie detali naideny u 40 iz 135 ostatkov sverhnovyh nashei Galaktiki. No bol'shinstvo staryh ostatkov ne imeet sledov tumannostei, i ih udaetsya opoznat' tol'ko po tipichnomu dlya ostatkov sverhnovyh neteplovomu radioizlucheniyu i obolochechnoi strukture radioistochnika. Ostatki sverhnovyh naideny v sosednih galaktikah - v oboih Magellanovyh Oblakah i v tumannosti Andromedy.

Tablica 14. Nekotorye izvestnye ostatki galakticheskih sverhnovyh
Nazvanie ostatka sverhnovoi	Vid, struktura ostatka		Rasstoya- nie, kps	Diametr, ps	Vozrast k 1980 g., let	Rentgenovskoe izluchenie v intervale 1-10 keV		Ocenka srednei skorosti rasshire- niya, km/s
	na snimke	po radionablyu- deniyam				svetimost', 1035 erg/s	tempera- tura, mln. kel'vinov
Kassiopeya A	Sm. ris. 29	Obolochechnaya	3	3.5	327	30	13 i 60	5500
Sverhnovaya Keplera	Neskol'ko volokon	Obolochechnaya	10	6.6	376	14	6	8600
Sverhnovaya Brage	Neskol'ko volokon	Obolochechnaya	5	10.7	408	70	6 i 40	5000
Sverhnovaya 1181 g.	Odno volokno	Serdcevidnoe	8	12	799	5	-	7300
Krabovidnaya tumannost'	Sm. ris. 27	-	2	3	926	30	6	1200
Sverhnovaya 1006 g.	Neskol'ko volokon	Obolochechnaya	4	40	974	0.1	2 i 20	1800
Sverhnovaya 185 g.	Neskol'ko volokon	Obolochechnaya	2.5	28	1795	17	6	600
Voznichii IC 443	Voloknistaya tumannost'	Obolochechnaya	1.5	20	3000	0,5	10	700
Korma A	Voloknistaya tumannost'	Obolochechnaya	2	20	6000	10	4 i 13	800
Parusa X	Voloknistaya tumannost'	Obolochechnaya	0.5	30	8000	8	2 i 4	500
Lebed'	Sm. ris. 30	Obolochechnaya	0.8	30	10000	0.2	2-3	390
Kassiopeya HB 21	Voloknistaya tumannost'	Obolochechnaya	1	35	70000	0.1	0.7	<200

My uzhe govorili o rasshirenii ostatkov sverhnovyh. Ono izmereno neposredstvenno tol'ko u neskol'kih ob'ektov. Naprimer, tol'ko u treh upomyanutyh vyshe tipichnyh ostatkov - Krabovidnoi tumannosti, Kassiopei A i voloknistoi tumannosti v Lebede - poka udalos' izmerit' rasshirenie ob'ektov ne tol'ko po luchevym skorostyam volokon, no i po sistematicheskomu peremesheniyu etih detalei vo vse storony na fotografiyah, poluchennyh v raznye gody. Kak mozhno videt' iz dannyh tabl. 14, ves'ma vysokuyu skorost' rasshireniya imeet Kassiopeya A. Krabovidnaya tumannost', nesmotrya na svoyu otnositel'nuyu molodost', imeet umerennuyu skorost' rasshireniya, a u staryh ostatkov ona voobshe nevelika. Nuzhno otmetit', chto v Kassiopee A est' sgustki, ne uchastvuyushie v bystrom rasshirenii.

Znakomyas' s novymi zvezdami, my otmechali, chto po izmereniyam vidimogo rasshireniya i luchevoi skorosti razleta materiala obolochki mozhno nadezhno nahodit' rasstoyanie do ob'ekta. Etim putem naideny rasstoyaniya i dlya treh naibolee issledovannyh ostatkov sverhnovyh. V sluchae Kassiopei A i voloknistoi tumannosti v Lebede obolochka po forme blizka k sfericheskoi. Ne tak poluchaetsya v sluchae Krabovidnoi tumannosti, kotoraya na snimkah i v radioizluchenii imeet ellipticheskuyu formu.

Po napravleniyam peremeshenii volokon na snimkah, poluchennyh v raznye epohi, mozhno naiti tochku razleta, t. e. mesto, gde nahodilas' zvezda v moment vzryva. Esli rasstoyanie, proidennoe voloknami ot tochki razleta, razdelit' na ih skorosti, to poluchim vremya, proshedshee s nachala razleta, pri uslovii, chto rasshirenie obolochki shlo ravnomerno. No v sluchae Krabovidnoi tumannosti obnaruzhilos' neozhidannoe rashozhdenie: po skorosti razleta volokon nachalo razleta otnositsya k 1140 g. vmesto 1054 g.! Eto svidetel'stvuet o tom, chto tumannost' rasshiryaetsya s uskoreniem. Velichina ego ochen' nevelika: vsego 0.01-0.02 sm/s2. Prichinu vozniknoveniya uskoreniya v svoe vremya ukazal S.B. Pikel'ner: eto vozdeistvie na veshestvo tumannosti ee magnitnogo polya i kosmicheskih luchei. S otkrytiem zvezdnogo ostatka v tumannosti stal ponyatnym istochnik etogo magnitnogo polya i kosmicheskih luchei.

A uskoryayutsya li volokna v Kassiopee A? Analiz rasshireniya sistemy ee volokon svidetel'stvuet o tom, chto razlet nachalsya v 1653 g. s tochnost'yu okolo treh let. V etu epohu evropeiskie astronomy uzhe obladali teleskopami, no nikakoi vspyshki v ne zahodyashem dlya nashih shirot sozvezdii Kassiopei ne videli. Obychno eto ob'yasnyayut sil'nym mezhzvezdnym poglosheniem v napravlenii etoi sverhnovoi. Privodilsya, naprimer, takoi dovod: v spektrah gazovoi detali Kassiopei A, sostoyashei tol'ko iz yarkih linii bez nepreryvnogo spektra, net yarkih ul'trafioletovyh zapreshennyh linii ionizovannogo kisloroda, ili oni ochen' slaby, potomu chto mezhzvezdnoe pogloshenie v pervuyu ochered' "s'edaet" izluchenie ul'trafioletovoi oblasti spektra.

V to zhe vremya, kak my uzhe govorili, stali izvestny koreiskie astronomicheskie zapisi XVI v., v kotoryh govoritsya, chto v 1592 g. proizoshla vspyshka v toi chasti sozvezdiya Kassiopei, gde teper' nahoditsya ostatok. P. Broshe polagaet, chto eto i byla vspyshka Kassiopei A. Mezhdu tem daty nachala razleta i vspyshki otlichayutsya na 60 let, poetomu uskorenie razleta volokon dolzhno byt' vyshe, chem u Krabovidnoi tumannosti, no ono ne obnaruzheno. Bol'shinstvo astronomov somnevaetsya, chto koreicy videli vspyshku imenno Kassiopei A.

Fizicheskie usloviya v ostatkah sverhnovyh

Koe-kakuyu informaciyu ob usloviyah v sverhnovyh daet izuchenie vneshnego vida ostatka, obnaruzhenie ego rasshireniya i struktury radioizluchayushei oblasti v nem. No glavnye svedeniya o nih prinosit analiz izlucheniya. S etoi cel'yu issleduyutsya spektry gazovyh sgustkov, radioizluchenie ostatkov po moshnosti i po harakteru spektra, a takzhe rentgenovskoe izluchenie. I v konce koncov oni vse vmeste obrisovyvayut nam kakuyu-to kartinu fizicheskih uslovii v tipichnom ostatke sverhnovoi.

Spektry volokon i sgustkov, vstrechayushihsya v ostatkah sverhnovyh, sostoyat iz yarkih linii vodoroda i ryada zapreshennyh linii, tipichnyh dlya goryachih gazovyh tumannostei i obolochek novyh zvezd. No esli v centre obychnoi gazovoi tumannosti nahoditsya zametnaya ochen' goryachaya zvezda, a v sluchae novoi zvezdy, veroyatnee vsego, - tesnaya dvoinaya zvezda, to v centre ostatka sverhnovoi dolgoe vremya ne nahodili zvezdy, kotoraya byla by sposobna podderzhivat' svechenie etoi tumannosti, i tol'ko nedavno stalo izvestno, chto v centrah dvuh ostatkov sverhnovyh nahodyatsya ob'ekty neobychnoi prirody - ul'trakarlikovye neitronnye zvezdy, podderzhivayushie temperaturu i neobychnyi po harakteru rezhim izlucheniya v ostatkah sverhnovyh.

V teh sluchayah, kogda v obolochke ostatka imeyutsya klochki svetyashegosya gaza, mozhno poluchit' i izuchit' spektry etih slabyh detalei. Dlya etoi celi stali primenyat' elektronno-opticheskie preobrazovateli i interferometry Fabri - Pero. Etim putem moskovskii astrofizik T.A. Lozinskaya poluchila mnogochislennye spektry detalei v 14 ob'ektah, udvoiv chislo do sih por spektral'no issledovannyh ostatkov sverhnovyh. Kogda zhe ostatok opticheski ne nablyudaetsya, mozhno lish' zaklyuchit', sudya po radioizlucheniyu, chto obolochka ostatka napolnena goryachim ionizovannym gazom, ili, kak ego nazyvayut, plazmoi.

Po analogii s gazovymi tumannostyami, po yarkosti linii v spektrah sgustkov mozhno vyyasnit' konkretnye usloviya, v kakih eti linii voznikali. Tak zhe kak v spektrah novyh zvezd, zdes' vstrechayutsya dva roda linii. Odni chuvstvitel'ny k izmeneniyu elektronnoi temperatury v gazovom volokne i sluzhat poetomu dlya opredeleniya temperatury, a drugie chuvstvitel'ny k izmeneniyu elektronnoi koncentracii i dayut vozmozhnost' ee ocenit' (v raznyh voloknah odnogo i togo zhe ostatka ona mozhet sostavlyat' ot 3 000 do 300 elektronov na 1 sm³).

Odnako s ustanovleniem elektronnoi temperatury volokon delo ne tak prosto. Odni linii v ih spektrah ukazyvayut temperaturu okolo 50 000 K, a drugie - tol'ko 15000 K. Okazalos', chto v volokne pochti ryadom sosushestvuyut dva temperaturnyh sloya: razrezhennyi goryachii i plotnyi holodnyi, a mezhdu nimi rezkii perehod. Pochemu eto tak, bylo ob'yasneno S.B. Pikel'nerom. Po gazovoi obolochke sverhnovoi iz mesta vzryva dvizhutsya volny szhatiya. Tam bolee znakoma ih raznovidnost'-zvukovye volny, no volny szhatiya v sverhnovoi otlichayutsya tem, chto ih skorost' vyshe vozmozhnoi v etoi gazovoi srede dlya zvukovyh voln. Takie volny, dvizhushiesya so skorostyami, prevyshayushimi skorost' zvuka, nazyvayut udarnymi.

V oblasti, cherez kotoruyu proshla udarnaya volna, povyshaetsya temperatura gaza (energiya dvizheniya volny szhimaet gaz i prevrashaetsya v teplovuyu). Vysokaya teplovaya energiya udarnoi volny v meste ee prohozhdeniya vyzyvaet svechenie gaza. Snachala gaz nagrevaetsya do vysokoi temperatury, a potom postepenno ostyvaet i szhimaetsya. Poetomu osnovnoe izluchenie idet iz sloya s temperaturoi 15 000 - 30 000 K. A ionizaciya elementov, dayushaya zapreshennye linii, proishodit v tonkom sloe-goryachego gaza za frontom (granicei) udarnoi volny.

Predmetom osobyh zabot astrofizikov yavlyaetsya vyyasnenie himicheskogo sostava gaza v ostatkah sverhnovyh. V voloknah Krabovidnoi tumannosti L. Volt'e (Niderlandy) obnaruzhil dvuh-trehkratnyi izbytok geliya po ravneniyu s ego soderzhaniem v obychnom mezhzvezdnom gaze, a van den Berg vmeste s meksikanskim astronomom M. Peimbertom nashli v Kassiopee A, v ee medlenno dvizhushihsya gazovyh sgustkah, izbytok azota, a v bystro dvizhushihsya voloknah - semikratnyi izbytok kisloroda i argona.

Esli by gaz v sgustkah i voloknah ostatkov sverhnovyh byl by prosto mezhzvezdnym gazom, kotoryi obzhat produktami vzryva sverhnovoi, to ego himicheskii sostav ne byl by takim strannym. Zato esli etot gaz byl by vybroshen iz sverhnovoi i yavlyalsya chast'yu produktov ee vzryva, to izbytok nekotoryh himicheskih elementov v takom gaze vpolne ponyaten s tochki zreniya zvezdnoi evolyucii, zavershennoi zvezdoi pered vzryvom. Sleduet vse zhe zametit', chto izuchenie himicheskogo sostava veshestva volokon i sgustkov nachalos' sovsem nedavno i predstoit eshe vo mnogom razobrat'sya, prezhde chem sdelat' okonchatel'nye vyvody.

Samoi harakternoi osobennost'yu ostatkov sverhnovyh yavlyaetsya, pozhalui, ih radioizluchenie. Kak my uzhe znaem, novye zvezdy ispuskayut slaboe radioizluchenie, svyazannoe s vysokoi temperaturoi ih obolochek pri vspyshkah. Ostatki zhe sverhnovyh prinadlezhat k chislu sil'neishih radioistochnikov nashei Galaktiki, esli ne schitat', konechno, samogo yadra Galaktiki. Principial'noi osobennost'yu radioizlucheniya ostatkov yavlyaetsya to, chto ono ne imeet teplovogo haraktera, t. e. ego intensivnost' sistematicheski vozrastaet s dlinoi volny.

Ob'yasnenie neteplovomu radioizlucheniyu ostatkov sverhnovyh bylo dano I.S. Shklovskim. V ostatke, ukazyval on, dolzhno byt' sil'noe magnitnoe pole zaputannogo haraktera, uderzhivayushee vyrabotannye, sverhnovoi kosmicheskie luchi. Po tradicii kosmicheskimi luchami prinyato nazyvat' ne elektromagnitnoe izluchenie, a elektrony, pozitrony i atomnye yadra i ih oskolki, imeyushie skorosti dvizheniya, blizkie k svetovoi, i, sledovatel'no, ogromnye kineticheskie energii. Takie chasticy eshe nazyvayutsya relyativistskimi. Kak my uzhe govorili v glave II, eti relyativistskie chasticy dvizhutsya po spirali, obvivayushei silovye linii magnitnogo polya, i izluchayut elektromagnitnuyu energiyu uzkim puchkom luchei po napravleniyu svoego dvizheniya. Izluchenie takogo haraktera my nazvali sinhrotronnym. Hotya bol'shuyu chast' kosmicheskih luchei vysokoi energii sostavlyayut atomnye yadra, ih sinhrotronnoe izluchenie neznachitel'no, glavnaya rol' v sinhrotronnom izluchenii prinadlezhit pozitronam i