звезды к ее центру.

Эволюция звезд

Почему взрываются звезды ? Каждая ли звезда взрывается? Что

представляют собой осколки взорвавшейся звезды? Что остается после взрыва?

На все эти вопросы нельзя ответить, не имея представления о структуре и

эволюции звезд. Взрыв – это свидетельство нарушения внутреннего равновесия

звезды, и, чтобы понять, почему и когда это нарушение происходит,

необходимо прежде всего знать, как вообще поддерживается равновесие в

звездах.

Собственное гравитационное поле массивных объектов заставляет их

сжиматься. И если внутреннее давление недостаточно для того, чтобы

воспрепятствовать сжатию, то массивные объекты коллапсируют. Тот факт, что

Солнце сохраняет неизменными свои размеры, свидетельствует о существовании

внутри его сильного давления.

Согласно современным представлениям, звезды образуются при сжатии

межзвездного газово-пылевого облака. По мере сжатия облако постепенно

дробится на множество мелких частей. Каждая часть продолжает сжиматься

дальше и при этом нагревается, особенно в середине. Эту раннюю стадию жизни

звезд исследовал японский астроном Ч.Хаяши. Когда температура в центре

звезды становится достаточно высокой, начинаются реакции термоядерного

синтеза – звезда, как говорится, вступает в пору своей зрелости.

Тем не менее существует одна проблема, касающаяся начальной стадии

образования звезд. Решение этой проблемы связано со сверхновыми.

Как только звезда начинает «работать» как ядерный реактор,

качественная картина ее эволюции сводится вкратце к следующему. Сначала

благодаря реакциям ядерного синтеза водород превращается в гелий. В этом

процессе высвобождается энергия, которая препятствует сжатию звезды под

действием собственного тяготения. Пока реакции ядерного синтеза

продолжаются, звезда, как говорят, находится на главной последовательности.

Стадия главной последовательности – самая продолжительная в жизни звезды,

причем ее длительность зависит от массы звезды. Чем больше масса, тем

меньше время пребывания на главной последовательности, т.к. в массивных

звездах водород выгорает быстрее.

Когда исчерпаются запасы водорода, особенно в ядре звезды, ядро

начинает сжиматься, ибо после прекращения ядерных реакций звезда теряет

способность противостоять тяготению. Однако, сжимаясь, ядро разогревается

еще больше, и в результате повышения температуры начинается следующий цикл

ядерных реакций. В этих реакциях гелий превращается в углерод, затем

углерод превращается в кислород и неон. На каждой ступени этой серии

реакций образуются все более массивные атомные ядра. Каждое атомное ядро

поглощает дополнительно по одному ядру атома гелия, при этом его заряд

возрастает на 2, а массовое число на 4. Как только ядра очередного типа

превращаются в более массивные ядра следующего типа, синтез прекращается.

Это ведет к ослаблению противодействия силам тяготения, которые снова

начинают сжимать ядро звезды, еще более повышая его температуру. Когда

температура достаточно возрастает, начинаются ядерные реакции следующего

цикла. И, пока они продолжаются, дальнейшее сжатие звезды

приостанавливается. Эти реакции переводят атомные ядра еще на одну

ступеньку выше, добавляя им по одному ядру атома гелия. При достаточно

высоких температурах могут сливаться и более массивные ядра. Так и

продолжается этот многоступенчатый процесс включения – выключения ядерных

реакций.

Что происходит со звездой, пока идут ядерные реакции?

Это зависит от того, какова масса звезды. В общем случае ядро звезды

все больше сжимается и нагревается, в то время как внешняя оболочка

расширяется и охлаждается. Таким образом, внешний наблюдатель видит, что

размер звезды увеличивается, в ее цвет становится красноватым (следствие

охлаждения оболочки). Такие звезды называют красными гигантами. (Если

температура на поверхности Солнца около 5500 `С, то поверхностная

температура звезды-гиганта может понижаться до 3500`С. Поэтому наше Солнце

имеет желтоватый цвет, а цвет звезд-гигантов приближается к красному.)

Это как раз тот самый момент в жизни звезды, когда она готова

превратиться в сверхновую, если только масса ее достаточно велика.

Предельный размер. Катастрофа.

Впрочем, существует предельный размер атомного ядра, выше которого

ядерные реакции синтеза становятся энергетически невыгодными. Этот предел

лежит в области ядер, близких к ядру железа (массовое число 56), в так

называемой группе железа, куда входят железо, кобальт и никель. Дальнейшее

присоединение частиц к ядру железа уже не может привести к выделению

энергии. К этому моменту температура ядра достигает около 10 млрд.градусов

Цельсия, и звезда оказывается в катастрофическом положении. Гравитации,

которая до сих пор регулировала равновесие горячей звезды, это уже не под

силу. В звезде развиваются неустойчивости, вследствие которых внешняя

оболочка может быть сброшена. Эта катастрофа наблюдается как вспышка

сверхновой звезды.

Взрыв звезды

Ударная волна разгоняет вещество оболочки до скоростей, превышающих

параболическую скорость (скорость освобождения), поэтому оболочка

отрывается от звезды и сбрасывается в межзвездное пространство. Именно так

в конечном счете и происходит взрыв звезды.

Для внешнего наблюдателя, как это и было при взрыве сверхновой 1054

г., взрыв проявляется в резком возрастании светимости звезды, а затем в

постепенном, более продолжительном ее угасании. В пике светимости

сверхновая по мощности излучения может сравниться с целой галактикой,

содержащей до 100 млрд. обычных звезд!

Продукты взрыва и его последствия

Продуктами такого взрыва являются атомные ядра (синтезированные в

звезде), электроны, нейтрино и излучения. Ядра атомов образуют потоки

космических лучей, которые распространяются в нашей Галактике на огромные

расстояния.

Для нас, жителей Земли, было бы настоящей катастрофой, если бы взрыв

сверхновой произошел на расстоянии, скажем, 100 световых лет. Порожденные

этим взрывом космические лучи высоких энергий натворили бы страшных бед в

земной атмосфере. Они могли бы, например, разрушить весь защитный слой

озона и тем самым открыть все живое на Земле ультрафиолетовому излучению

Солнца. К счастью, взрыв сверхновой – довольно редкое явление. Вероятность

взрыва сверхновой в наших окрестностях не дальше 100 световых лет в течение

1000 лет равна всего лишь одной миллионной.

Взрывается ли при вспышке сверхновой вся звезда целиком?

Пульсары

Есть основания полагать, что центральное ядро звезды при взрыве может

уцелеть. Но если это так, то в каком виде оно сохраняется? Неожиданное

экспериментальное открытие, сделанное в 1968 г., дало весьма убедительный

ответ на этот вопрос.

Дж.Белл, аспирантка Кавендишской лаборатории Кембриджского

университета, проводила с помощью большого радиотелескопа измерения

мерцаний радиоисточников, вызванных рассеянием радиоволн на неоднородностях

межпланетной среды. Помимо излучения ожидаемого вида она зарегистрировала

также другое, совершенно необычное импульсное излучение. Оно вызывало

удивление по двум причинам. Излучение было строго периодичным, и его период

был очень короткий. Тот факт, что период следования импульсов можно было

указать с точностью до седьмого десятичного знака, говорил о поразительной

регулярности обнаруженного излучения. Удивляло и столь мало значение

периода, т.к. в то время еще не были известны астрономические объекты,

способные излучать с такой быстрой переменностью.

Это необычное импульсное излучение было исследовано. Анализ показал,

что импульсы не могли быть испущены с какой-либо планеты, обращающейся

вокруг звезды. Так была похоронена волнующая гипотеза о том, что сигналы

посылала нам некая развитая цивилизация. Вместо этого радиоастрономы пришли

к выводу, что импульсы рождаются в компактном астрономическом источнике,

который был назван ПУЛЬСАРОМ.

Хотя первый пульсар, известный ныне как объект СР-1919 (СР означает

«Кембриджский каталог пульсаров»), был открыт случайно, характеристики его

излучения оказались настолько необычными, что это побудило радиоастрономов

всего мира искать новые пульсары. Поиски оказались успешными. Большое

волнение вызвало открытие пульсара в Крабовидной туманности, ибо это

открытие, видимо, должно было дать ответ на старый вопрос об остатке взрыва

сверхновой.

На сегодня обнаружено более 300 пульсаров, и астрономы успешно

разгадали тайну строго регулярных, короткопериодических импульсов излучения

этих странных объектов.

Пульсар – нейтронная звезда, возникающая при взрыве сверхновой.

Данные об общем числе пульсаров и времени их жизни означают, что в

среднем в столетие рождаются 2-3 пульсара – это приблизительно совпадает с

частотой вспышек сверхновых в Галактике. Все эти данные согласуются с

представлением о том, что пульсар – нейтронная звезда, возникающая при

взрыве сверхновой. О том же свидетельствует наличие пульсара в Крабовидной

туманности; еще один пульсар был обнаружен вблизи остатка взрыва сверхновой

в созвездии Парусов.

Тем не менее не следует думать, что связь между пульсарами и

сверхновыми установлена абсолютно надежно. Для астронома, который доверяет

только прочно установленным наблюдательным фактам, подобный результат не

кажется убедительным.

СВЕРХНОВЫЕ И ПРОЦЕСС ЗВЕЗДООБРАЗОВАНИЯ

Установлено, что все звезды живут своей долгой и своеобразной жизнью.

По крайней мере, каждая из них когда-то родилась и когда-то умрет.

Хотя вспышка сверхновой в известном смысле отмечает собой «СМЕРТЬ»

звезды, она оказывает впоследствии большое влияние на образование звезд

следующего поколения, может стимулировать образование звезды из

близлежащего газового облака. Химический состав Солнечной системы

свидетельствует о том, что своим рождением она могла быть обязана взрыву

сверхновой. Сталкиваясь с облаком межзвездного газа, ударные волны от таких

взрывов могут способствовать началу сжатия. Не исключено, что Солнце и

планеты сконденсировались из сжимающегося газового облака. Таким образом,

звездные катастрофы могут играть и созидательную, а не только

разрушительную роль.

С точки зрения теории звездообразования в этом процессе интересно то,

что ударная волна, связанная с разлетающимся от сверхновой веществом, может

создать то самое первоначальное сжатие межзвездного облака, которое

приводит в дальнейшем к развитию процесса звездообразования. Эта идея

недавно получила подтверждение при наблюдениях остатка взрыва сверхновой,

которую связывают с областью R1 Большого Пса. По диаметру оболочки и

скорости ее расширения вычислили возраст остатка сверхновой: он оказался

равным 800 тыс.лет. Похоже, что звезды в окрестности этой оболочки

находятся на очень ранней стадии своего развития – они еще не вступили на

главную последовательность (т.е. их внутренние термоядерные «реакторы» еще

не включились). По оценкам ученых, возраст этих звезд не превышает 300

тыс.лет. Среди известных звезд они относятся к числу самых молодых! Таким

образом, есть веские основания связать образование этих звезд с

расширяющейся оболочкой сверхновой. Как показывают оценки, первоначальный

толчок, приведший оболочку в движение, должен был обладать гигантской

энергией, которая могла выделиться только при взрыве сверхновой.

Предположение о сверхновой подтверждается еще и тем, что замечена

одна звезда, которая с большой скоростью уходит из данной области. Ее

скорость значительно превосходит скорости всех других звезд в этой области.

Вполне вероятно, что это и есть та самая звезда, которая выбросила оболочку

во время взрыва сверхновой. Направленный взрыв должен порождать отдачу,

подобно тому, как после выстрела возникает отдача у орудия Наблюдаемая

скорость звезды согласуется с гипотезой.

Метеорит Альенде

В 1969 г. в районе мексиканской деревушки Пуэблито де Альенде упал

метеорит. Ныне он известен как метеорит Альенде. Этот скромный кусочек

вещества нашей Солнечной системы оказался удивительным образом связанным со

сверхновой. Суть дела в изотопных аномалиях. (Изотопами данного химического

элемента называют атомы, ядра которых содержат одно и то же заданное число

протонов, но разное число нейтронов.) Изотопные аномалии означают различие

в относительном содержании различных изотопов в веществе метеорита и в

среднем изотопном составе вещества, наблюдаемом в Солнечной системе.

Взрываясь, сверхновая выбрасывает в окружающее межзвездное

пространство вещество своей оболочки (водород, гелий, углерод, кислород…).

На какое-то время окружающая среда оказывается загрязненной этими

примесями. Однако в конце концов примеси рассеиваются, перемешиваясь с

большим количеством межзвездного вещества. Следовательно, если звезды

образуются в той области, где взорвалась сверхновая, много времени спустя

после взрыва, то их изотопный состав должен быть однороден. Если же звезды

образуются вскоре после взрыва сверхновой, то «загрязнение» среды

сверхновой и должно проявиться в неоднородности химического состава звезд

(а также планет, комет, метеоритов и т.п.).

Изотопные аномалии метеорита Альенде вполне однозначно указывают на

взрыв сверхновой. И тот факт, что мы наблюдаем эти неоднородности состава

вещества Солнечной системы на примере состава метеорита Альенде, весьма

убедительно говорит о том, что Солнечная система начала формироваться

вскоре после близкого взрыва сверхновой.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На этом мы заканчиваем обсуждение взрывов звезд и сопутствующих им

явлений. И оболочка, сбрасываемая в окружающее пространство, и

сохраняющееся при взрыве сверхновой ядро звезды связаны с целым рядом

интересных явлений. Среди них можно назвать: стимулирование процесса

звездообразования; выброс в межзвездную среду вещества, прошедшего цепь

превращений в ходе термоядерных реакций в звездах; образование нейтронных

звезд и, возможно, черных дыр; образование пульсаров, космических лучей и

т.п.

Предстоит еще выяснить немало вопросов о взаимодействии сверхновой с

окружающей средой, и нет сомнения, что как теоретические, так и

экспериментальные исследования в этой области принесут богатые результаты.

Вселенная – извечная загадка бытия. Манящая тайна навсегда. Ибо нет

конца у познания. Есть лишь непрерывное преодоление границ неведомого. Но

как только сделан этот шаг – открываются новые горизонты. А за ними – новые

тайны. Так было, так будет. Особенно в познании Космоса – бесконечного,

вечного, неисчерпаемого.

Использованная литература:

В.Н.Демин “Тайны Вселенной”. Изд-во “Вече”, М.1998

Дж.Нарликар “Неистовая Вселенная”. Изд-во “Мир”. М.1985

И.С.Шкловский “Вселенная. Жизнь. Разум”. Изд-во “Наука”. М.1987

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………. 3

ВСПЫШКИ СВЕРХНОВЫХ В НАШЕЙ ГАЛАКТИКЕ………… 4

ТУМАННОСТИ ……………………………………………………. 4

Крабовидная туманность ………………………………………. 4

Как отличить туманности – остатки вспышек сверхновых звезд –

от обыкновенных туманностей ………………………………… 5

Туманность в созвездии Кассиопеи …………………………… 6

Большая туманность в созвездии Ориона …………………….. 6

ДВА ТИПА СВЕРХНОВЫХ ………………………………………. 6

ПРИЧИНА ВЗРЫВОВ ЗВЕЗД …………………………………….. 7

Эволюция звезд ………………………………………………… 7

Что происходит со звездой, пока идут ядерные реакции …… 8

Предельный размер. Катастрофа ……………………………… 8

Взрыв звезды …………………………………………………… 8

Продукты взрыва и его последствия …………………………… 9

Взрывается ли при вспышке сверхновой вся звезда целиком?

Пульсары ……………………………………………………….. 9

СВЕРХНОВЫЕ И ПРОЦЕСС ЗВЕЗДООБРАЗОВАНИЯ ……… 10

Метеорит Альенде ……………………………………………. 11

ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………… 11

Страницы: 1, 2