Взрывающиеся солнца. Тайны сверхновых - Айзек Азимов

Другими словами, они даже никогда бы не смогли и образоваться.

Однако в 80-х годах поняли, что в этих рассуждениях не принимались в расчет некоторые аспекты общей теории относительности Эйнштейна. После того как эти аспекты были учтены в астрономических вычислениях, оказалось, что звезды размером в 100 солнечных диаметров и массой в 2000 раз большей, чем масса Солнца, все еще могут быть устойчивы. Более того, несколько астрономических наблюдений подтвердили, что подобные сверхмассивные звезды действительно существуют.

Естественно, сверхмассивные звезды со временем коллапсировали и взрывались как сверхновые, которые производили гораздо больше энергии и в продолжение гораздо большего времени, чем обычные сверхновые. Эти сверхвзрывы мы, по-видимому, должны рассматривать как сверхновые типа 3.

Примерно в это же время советский астроном В. П. Утробин решил ретроспективно изучить астрономические записи прошлых лет, чтобы найти там сверхновую, которая по природе своей была бы сверхновой типа 3. Он высказал предположение, что сверхновая, обнаруженная в 1901 г. в галактике созвездия Персея, именно тот случай. Вместо того чтобы достичь пика блеска за несколько дней или недель, этой сверхновой для достижения максимума блеска потребовался целый год, после чего она очень медленно угасала, оставаясь на виду девять последующих лет.

Излученная ею суммарная энергия была в 10 раз больше, чем энергия обычной сверхновой. Даже в наше время астрономам это показалось фантастикой, и они были явно озадачены.

Такие сверхтяжелые звезды — явление крайне редкое, но количество тяжелых ядер, которые они вырабатывают, в тысячу раз и более превышает количество ядер, производимых обычными сверхновыми. Это значит, что вклад тяжелых ядер в облака межзвездного газа, вносимый сверхтяжелыми звездами, очень велик. В нашей Галактике за время ее существования было, по-видимому, 300 млн. взрывов всевозможных сверхновых (и аналогичное же количество, с поправкой на разность в размерах, в каждой другой), и этого вполне достаточно, чтобы объяснить запасы тяжелых ядер в межзвездном газе, в наружных слоях обычных звезд (и в дополнение к нашей планетной системе — в любых планетах).

Теперь вы видите, что фактически вся Земля и все мы почти полностью состоим из атомов, образовавшихся в недрах звезд (отличных от нашего Солнца) и рассеянных в Космосе при ранних взрывах сверхновых. Мы не можем указать на отдельные атомы и сказать, на какой звезде они родились и когда именно их выбросило в Космос, но мы знаем, что они зародились на какой-то отдаленной звезде и пришли к нам вследствие взрыва в отдаленном прошлом.

Мы, и наш мир, таким образом, не только произошли из звезд, но из взрывающихся звезд. Мы произошли из сверхновых!

ГЛАВА 8

ЗВЕЗДЫ И ПЛАНЕТЫ

ЗВЕЗДЫ ПЕРВОГО ПОКОЛЕНИЯ

Вселенная началась Большим взрывом приблизительно 15 млрд. лет назад. В этот момент она имела ничтожно малый размер и непостижимо высокую температуру.

Очень быстро она расширилась и остыла. Первоначальный ее состав — фотоны (радиация) и кварки плюс электроны и нейтрино, но очень скоро последовали тяжелые субатомные частицы — протоны и нейтроны. По мере дальнейшего расширения и остывания Вселенной из протонов и нейтронов возникли такие ядра, как водород-2, гелий-3 и гелий-4, но ничего больше. Через несколько минут этот процесс был закончен, и за это время во Вселенной был создан огромный запас ядер водорода и гелия.

Дальнейшее расширение и охлаждение в течение, может быть, 700 000 лет привело к падению температуры до точки, когда отрицательно заряженные электроны могли расположиться вблизи положительно заряженных протонов и более сложных ядер, удерживаясь на месте электромагнитными силами.

Так образовались атомы водорода и гелия. Атомы гелия остаются одиночками при любых обстоятельствах; если при достаточно высокой температуре сталкиваются два атома водорода, они остаются вместе, образуя двухатомное соединение, называемое молекулой водорода.

Одновременно с продолжавшимся расширением и охлаждением Вселенной расширялись во всех направлениях и водород с гелием. Поэтому мы можем предположить, что Вселенная состояла из однородного облака этих смешанных газов, которые становились все более разреженными, заполняя собой все увеличивающийся объем пространства по мере расширения Вселенной.

Однако по какой-то причине это облако не сохранило одинаковой плотности и не осталось однородным. Может быть, в результате беспорядочных флюктуаций и вызванных ими завихрений атомы двигались так, что возникли медленно кружащиеся зоны с большей плотностью, перемежающиеся зонами с меньшей плотностью. Если бы атомы продолжали двигаться произвольно, то с течением времени общая картина бы выровнялась. Области высокой плотности потеряли бы часть атомов для областей низкой плотности, т. е. имелась бы постоянная тенденция к восстановлению однородности. Конечно, хаотическое движение, или турбулентность, продолжало бы создавать области высокой плотности, но эти очаги бесконечно перемещались бы в пространстве (подобно областям высокого и низкого давления в нашей собственной атмосфере).

Но, однажды образовавшись, область высокого давления может оказаться и постоянной. Интенсивность гравитационного поля в такой области растет по мере увеличения ее плотности. Гравитационное поле, становясь все сильнее, преодолевает стремление беспорядочно движущихся атомов к разбеганию. Область высокой плотности могла, по-видимому, иметь настолько мощное гравитационное поле, что захватывала атомы из областей менее плотных, поэтому области высокой плотности становились еще плотнее, а области низкой плотности еще разреженнее.

Итак, однородная первоначально смесь водорода и гелия с течением времени сгустилась в огромные облака газа, отделенные друг от друга почти полным вакуумом. Эти огромные по массе и объему газовые облака, которые связываются в нашем представлении с целыми галактиками или со скоплением галактик, мы могли бы назвать протогалактиками. Внутри протогалактик развивалась дальнейшая неуравновешенность массы, связанная с хаотическим движением атомов. В конце концов протогалактики разбились на миллиарды меньших облаков, между которыми пролегло практически пустое пространство. Подобно тому как протогалактики вращаются относительно друг друга, входящие в них мелкие облака тоже вращаются относительно друг друга. (Примечательно, что вращение происходит в разных направлениях и если все эти вращения сложить, то общее вращение для всей Вселенной оказалось бы равным нулю.)

Каждое газовое облако имеет собственное гравитационное поле. Очень плотное газовое облако должно иметь гравитационное поле достаточно сильное, чтобы заставить облако начать сжиматься. Если газовое облако начинает сжиматься, то его плотность увеличится; вместе с тем увеличится и интенсивность собственного гравитационного поля. Соответственно увеличится и сила воздействия, оказываемая этим усиливающимся полем на сжатие. Другими словами, начав сжиматься, газовое облако продолжает сжиматься все быстрее и быстрее.

По мере сжатия растут давление и температура в его центре. Наступает момент, когда температура и давление, неуклонно повышаясь, достигают точки, при которой возникает ядерный синтез. Температура стремительно идет вверх, и раскаленное облако начинает светиться. Теперь это уже не газовое облако. Перед нами звезда.

Звезды возникали во всех протогалактиках, и, когда Вселенной было около миллиарда лет, протогалактики газовых облаков стали галактиками сияющих звезд. Одна из них — наша Галактика.

Сложившиеся галактики состояли исключительно из водорода и гелия (в основном из водорода). Образовавшиеся в них звезды, также имеющие водородно-гелиевое строение, назвали «звездами первого поколения».

Если бы все газовые облака конденсировались в звезды первого поколения, то это бы означало, что процесс эволюции кончился раз и навсегда. Ведь звезды первого поколения относительно малы и спокойны и могут оставаться в главной последовательности 14 млрд. лет (т. е. они существуют еще и поныне). Их возможный коллапс пройдет довольно спокойно, и они перейдут в разряд белых карликов.

Есть галактики, которые содержат очень мало газопылевых облаков и в которых практически все звезды — звезды первого поколения. В этих галактиках распределение газовых облаков в протогалактический период было, по-видимому, весьма равномерным, а сами облака были относительно равновелики.

ЗВЕЗДЫ ВТОРОГО ПОКОЛЕНИЯ

В отдельных галактиках, включая и нашу собственную, газовые облака по какой-то причине могли быть неодинаковы в размерах. Крупные сгущались быстрее, так как они обладали более сильным гравитационным полем. Из этих более крупных облаков и выходили массивные звезды, недолговечные и взрывающиеся как сверхновые.