Взрывы сверхновых звёзд

Могут ли чудовищные выбросы энергии новых и сверхновых звёзд угрожать жизни на Земле? «Так что, собственно, у нас общего с новыми и сверхновыми? — задаётся вопросом знаменитый фантаст Айзек Азимов в своей книге «Взрывающиеся солнца. Тайны сверхновых». «Разве не правда, что за исключением случайного беглого взгляда, брошенного нами на какую-нибудь яркую звезду в небе, нам от них ни жарко, ни холодно, и мы оставляем их астрономам и писателям научно-популярной литературы? К такому взгляду можно прийти, если мы, в самом деле, полностью безразличны к тому, как образовалась наша Вселенная, как появились Солнце и Земля, как развилась жизнь, и какие возможные опасности будут подстерегать человечество в будущем, потому что взрывающиеся звезды имеют самую тесную связь с каждой из этих вещей».

Фото: взрывы сверхновых звёзд, интересные факты

В конце жизненного пути

Жизненный путь каждой звезды предопределён с самого начала её массой. Солнцеподобные звёзды умирают тихо и достойно, медленно сбрасывая внешние газовые оболочки, как деревья осеннюю листву. Более массивные звёзды устраивают совершенно фантастический космический фейерверк, неистово разрываясь в чудовищных катаклизмах и превосходя на какое-то время по яркости целую галактику. Эта короткая вспышка звезды в конце её жизненного цикла и является взрывом сверхновой.
С одной стороны, общая картина ясна, поскольку в радио- и инфракрасном диапазонах исследовано большое число протозвёзд на разных стадиях процесса рождения. С другой — образование звезды происходит достаточно быстро, и некоторые наиболее короткие этапы этого процесса, к сожалению, не представляется возможным наблюдать. Кроме того, пыль (звезда ведь не рождается из ничего) мешает рассмотреть многие важные детали. Поэтому изучение звёздообразования является одним из основных приоритетов в мировой астрономии, и многие крупные проекты (включая космические) нацелены на исследование именно этого процесса.
Как и у человека, жизнь звезды — это бесконечный поиск продуктов питания, то есть новых источников энергии. Например, для нашего Солнца горение закончится где-то через пять миллиардов лет на этапе образования гелия из водорода.
Для звёзд-гигантов, питаемых внутренним жаром термоядерного синтеза, превращения вещества заканчиваются железом или сходными химическими элементами. Эти реакции идут с такой чудовищной энергией, что от дальнейших процессов синтеза атомных ядер дополнительного разогрева звезды уже не происходит. Разумеется, многое в судьбе звезды зависит от её химического состава при рождении. Первые звёзды во Вселенной состояли практически целиком из водорода и гелия. Следующее поколение уже содержало заметную долю более тяжёлых элементов, которые возникли как продукт жизнедеятельности звёзд первого поколения.

Взрыв галактического масштаба

Чем массивнее и ярче звезда, тем быстрее она расходует запасы горючего и тем короче её жизненный путь. В основной части жизненного цикла звезды идёт процесс превращения водорода в гелий. Массивные звёзды в десятки солнечных масс успевают сжечь весь водород всего за несколько миллионов лет. В конце эволюции, после завершения эпохи сияния, звёзды сбрасывают внешние слои, а центральное ядро превращается в белого карлика, нейтронную звезду или чёрную дыру.
Внешняя оболочка звезды, из-под которой оказывается выбита всякая опора, обрушивается к центру. Энергия столкновения обрушившейся внешней оболочки с нейтронным ядром очень высокая. Она с огромной скоростью отскакивает от ядра и разлетается во все стороны от него — звезда буквально взрывается в ослепительной вспышке сверхновой звезды. За считанные секунды при вспышке сверхновой может выделиться в пространство больше энергии, чем выделяют за это же время все звёзды галактики вместе взятые!
Взрыв тяжёлой сверхновой звезды сопровождается не только резким увеличением светимости, «но и выбросом огромной массы газа и пыли в окружающее пространство. Из подобного остывшего «праха» когда-то образовалась и наша Солнечная система. Затем на планете Земля появились растения, животные и человек. Таким образом, все атомы тяжёлых элементов внутри нас когда-то были внутри бурлящего термоядерного реактора какой-то из звёзд.
После такого чудовищного взрыва остаётся расширяющаяся оболочка сверхновой, которая часто сияет ярче целой галактики. Однако этот космический фейерверк умирающего светила совсем недолог, и уже через несколько месяцев сверхновая исчезает в глубинах космоса. От фантастического катаклизма остаётся только облачко туманности, которая как призрачный саван охватывает остатки звезды.

Знаете ли вы что…

Астрономы Европейской южной обсерватории (Чили) открыли в планетарной туманности Henize 2-428 два сближающихся сверхмассивных белых карлика. Через 700 млн. лет они сольются вместе в сверхновой вспышке.

Ядерные топки

У звёзд более массивных, чем Солнце, даже после сгорания всего гелия запускаются следующие реакции ядерного синтеза углерода, кремния, магния и так далее, вплоть до железа. При этом каждая новая реакция в ядре звезды сопровождается продолжением предыдущей в её оболочке. Так умирающие звезды породили множество окружающих нас химических элементов. В жизненных циклах массивных звёзд все останавливается на железном ядре, которое уже не способно послужить топливом ни для каких дальнейших ядерных реакций.
Любопытно, что в составе земных живых организмов и человека много кислорода, азота и углерода. И все эти элементы когда-то побывали внутри ядерных топок звёзд, а потом, будучи выброшенными в межзвёздное пространство, образовали пылегазовые облака.
У сверхплотных ядер нейтронных звёзд более низкая энергия, чем у обычного атомного ядра. Так что прирост массы сверхплотного ядра будет энергетически выгоден.
Можно предложить заманчивую перспективу обуздания этого звёздного «монстра», используя сверхплотное ядро в качестве своеобразного источника энергии путём рассеивания на нём потока обычных частиц.
Вполне может быть, что в далёком будущем человечество научится таким образом не только решать свои энергетические проблемы, но и утилизировать «отходы» жизнедеятельности, превращая «мусор цивилизации» в полезное излучение.
Таким образом, изучение парадоксальной физики нейтронных звёзд даёт возможность заново проверить единство законов природы. С момента создания квантовой механики учёные настойчиво ищут макроквантовые явления, связывающие законы микро — и макромира. Поэтому было бы очень важно не только качественно описать, но и количественно смоделировать эволюцию таких квантовых астрофизических объектов, как нейтронные звезды. История научных исследований показывает, что многие гипотезы, которые казались когда-то экзотическими, становились простыми и очевидными истинами после экспериментального обнаружения явлений. Несомненно, что дальнейшее изучение процессов, протекающих в нейтронных звёздах, позволит сделать ещё много новых захватывающих открытий.

Скрытая угроза умирающих звёзд

В нашей галактике Млечный Путь сверхновые вспыхивают несколько раз в столетие. Эти сравнительно редко наблюдаемые с Земли космические события могут оказаться просто смертельными для человеческой цивилизации своими губительными потоками высокоэнергетического излучения. Однако вероятность взрыва сверхновой вблизи Солнечной системы не столь и велика. Гораздо чаще учёные наблюдают конечный результат таких космических сверхвзрывов.
Вспышки сверхновых представляют собой одни из самых катастрофических катаклизмов во Вселенной. На самом деле эти чудовищные извержения материи и энергии, так же как и породивший наш мир Большой Взрыв, по своей сути очень мало напоминают привычные нам взрывные процессы. Нам просто не с чем сравнить в земных условиях подобные фантастические катаклизмы. Ведь «взрыв» сверхновой эквивалентен взрыву одного миллиона триллиона триллионов (единица с тридцатью нулями!) мегатонн одного из самых сильных взрывчатых веществ — тринитротолуола.
Масштаб бедствия для окружающей среды в случае вспышки на одной из ближайших к нам звёзд сопоставим с ядерным взрывом в нескольких километрах (соответствующих световым годам) от муравейника — нашей Солнечной системы. Естественно, что в этом случае жизнь на нашей планете исчезнет… Вот и исследования палеонтологов показывают, что два миллиона лет назад произошла какая-то чудовищная экологическая катастрофа, так что большая часть живых организмов в земных океанах вымерла. А не так давно в одном из номеров престижного физического журнала «Physical Review Letters» были опубликованы две статьи, посвящённые этой проблеме. Их авторы полагают, что причиной массовой гибели морских организмов мог стать взрыв сверхновой звёзды.
Эта звезда взорвалась в районе созвездий Скорпиона и Центавра на довольно близком расстоянии — 130 световых лет. Выброшенное сверхновой сверхэнергичное излучение могло буквально снести защитный экран озонового слоя в земной атмосфере. После этого вся ионосфера Земли напоминала бы сплошную озоновую дыру. Тогда и ультрафиолетовое излучение Солнца смогло бы практически беспрепятственно достигать поверхности. Солнечный ультрафиолет выжег бы множество микроорганизмов, в том числе океанический планктон, что катастрофически прервало бы пищевые цепочки, ведущие к высшим организмам. Пострадал бы также и растительный мир. Подобное истощение флоры и фауны должно было бы привести к вымиранию многих видов животных и растений. Вполне возможно, что если бы подобная вспышка произошла всего лишь в десятке световых лет, то земная эволюция живых существ была бы отброшена назад на сотни миллионолетий…

Журнал: Тайны 20-го века №34, сентябрь 2019 года
Рубрика: Тайны космоса
Автор: Олег Файг





Исторический сайт Багира, история, официальный архив; 2010 —