Видимая невооружённым глазом вспышка сверхновой звезды – явление очень редкое. Мы с вами видим в небе те же самые звёзды и созвездия, которые видели наши предки, скажем, 5 тысяч лет назад. Однако иногда в небе вдруг «из ничего» загорается яркая – иногда очень яркая! – звезда. Настолько яркая, что её можно видеть даже днём! Несколько недель или даже месяцев она сияет в небе, а затем медленно гаснет – и исчезает навсегда... Последний раз такую очень яркую «новую» (точнее, сверхновую) звезду с Земли было видно в 1604 году в созвездии Змееносца. Само собой, астрономы наблюдали вспышки сверхновых и позднее, они наблюдают их и сейчас – но... Такие звёзды вспыхивают очень далеко от нас, в других галактиках, и без мощного телескопа их не разглядишь. Тем не менее, каждая вспышка сверхновой – настоящее событие для учёных!
Почему? Потому что наблюдения и расчёты показали: взрыв сверхновой звезды – это, наверное, самый мощный взрыв, который только может быть в нашей с вами Вселенной. При взрыве «типичной» сверхновой выделяется энергия, примерно равная двумстам тредециллионам джоулей. Это вот такие вот циферки:
200 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000
Чтобы было понятнее. Очень мощные взрывы мы на Земле привыкли измерять в особых единицах – «в тротиловом эквиваленте». Тротил (тринитротолуол) – одно из самых распространённых взрывчатых веществ, использующихся людьми. При взрыве 1 тысячи тонн тротила (одной килотонны) выделяется энергия примерно в 4 триллиона джоулей:
4 000 000 000 000
Ядерная бомба, уничтожившая японский город Хиросиму в 1945 году, обладала мощностью в 15 тысяч тонн тротила. Самая мощная водородная бомба, созданная людьми («Царь-бомба»), обладала мощностью примерно в 50 мегатонн (миллионов тонн) тротила. Взрыв Чиксулубского астероида, предположительно уничтоживший динозавров на Земле (это, напомним, случилось 65 миллионов лет назад) был мощностью примерно в 100 тератонн тротила, то есть в 2 миллиона раз мощнее Царь-бомбы. Так вот, «стандартный» взрыв сверхновой в секстиллион (!!!) раз мощнее взрыва чиксулубского астероида. Секстиллион, если вы не в курсе, – это триллион миллиардов, то есть число с 21 нулём после первой цифры:
1 000 000 000 000 000 000 000
Наблюдения астрономов (и созданные ими математические модели) показали: сверхновые звёзды не возникают из ниоткуда. Просто в какой-то момент совершенно обыкновенная, «нормальная» звезда вдруг «вспыхивает» – её яркость резко увеличивается в сотни миллионов раз! Иногда спрашивают – а что, если наше Солнце вдруг станет сверхновой? Что тогда будет с Землёй?
Глупый вопрос. От Земли при такой силы взрыве не останется ничего. Даже следа. И не только от Земли – от всех планет в Солнечной системе! Расчёты астрономов показывают, что даже вспышка сверхновой звезды на гигантском расстоянии в 10 световых лет от Земли всё равно может быть смертельно опасной для жизни на нашей планете. До нас не дойдёт ударная волна от взрыва – но вот чудовищной силы поток радиации дойдёт, и уж мало никому не покажется...
Радует только одно. Во-первых, наше Солнце не может взорваться, как сверхновая. Слишком оно маленькое и лёгкое. Во-вторых, вблизи (ну, по космическим меркам) от нашего Солнца нет ни одной звезды, способной взорваться, как сверхновая. Наши звёзды-соседи снова слишком маленькие и лёгкие. Так что можете облегчённо выдохнуть. Мы с вами живём в «спокойном» микрорайоне нашей Галактики. Собственно, сама жизнь на Земле зародилась и развилась именно благодаря тому, что у нас тут миллиарды лет напролёт всё тихо, спокойно и «без особых происшествий». Но тогда возникает другой вопрос – а отчего же всё-таки происходят вспышки сверхновых?
Типичную звезду (как наше с вами Солнце) можно представить себе, как «генератор энергии», природный термоядерный реактор. Люди пока, к сожалению, термоядерную энергию в мирных целях освоить так и не смогли – на основе термоядерной энергии мы пока умеем делать только водородные бомбы. Один из тех случаев, когда интереснейшее и замечательное научное открытие применяется для невообразимо гнусных и бесчеловечных целей – убийства миллионов людей, уничтожения городов... Кхм. В общем, не умеем. А что умеем? Умеем использовать в мирных целях «просто» ядерную энергию. В атомных электростанциях. Что, если сравнить Солнце и атомную станцию? Насколько они похожи?
С какой-то стороны – похожи. Потому что любой энергетический генератор «даёт» энергию. Солнце – в виде света и тепла; электростанция – в виде электричества. Но всё это – энергия. С другой стороны, есть существенная разница. На атомной электростанции у нас есть а) хранилище ядерного топлива (то есть место, где топливо пока не работает, а просто «лежит» в холодном виде); б) собственно реактор, в котором ядерное топливо активно и выделяет тепло; в) паровой котёл – в котором вода («теплоноситель», как говорят учёные), превращается в пар, который вращает турбину. Ну а турбина, в свою очередь, вращает генератор, производящий электричество для наших утюгов, стиральных машин и компьютеров.
Звезда уникальна тем, что одновременно является и хранилищем топлива, и реактором; более того – газ водород является одновременно и топливом, и теплоносителем! В общем, конструкция, придуманная природой, во многом совершеннее и эффективнее конструкции, придуманной человеком. Как такое может быть? Звезда – это огромный шар, немыслимых размеров «капля» из чистейшего водорода. Масса у этой «капельки» тоже колоссальная – а там, где есть масса, обязательно есть гравитация, то есть сила притяжения. Внешние слои звезды давят на внутренние, пытаются звезду «сжать». В итоге в самом центре (ядре) звезды давление и температура становятся такими высокими, что начинаются термоядерные реакции, водород «загорается».
Но! Очень важный момент – водородное топливо «горит» только глубоко в ядре! Остальной водород звезды в термоядерных реакциях не участвует! Он перемешивается, бурлит, «кипит», как вода в чайнике, перенося энергию от ядра к внешним слоям (которые и излучают видимый нами свет, тепло, ультрафиолетовые лучи, позволяющие нам загорать летом). Но – не горит! Водорода в звезде очень много – но в каждый момент времени в термоядерных реакциях участвует только его маленькая часть! И звезда тихо, спокойно, «без приключений», светит – сотни миллионов и даже миллиарды лет.
Вы когда-нибудь были в летнем детском (раньше говорили «пионерском») лагере? Если были, то наверняка знаете: когда в лагере детей укладывают спать (на ночь или на тихий час днём), начинает работать «закон одного шёпота». Вожатые разрешают детям тихонечко разговаривать после отбоя – но только при условии, что говорит кто-то один, остальные слушают. Всё хорошо, в палатах тишина, дети отдыхают. А если «закон одного шёпота» нарушить? Если дети начинают говорить все вместе, наперебой? Поднимается шум, гвалт, а дальше вообще может и драка подушками начаться! Бардак! Кошмар! Взрыв! В итоге прибежит вожатая и отругает всех – а если сильно рассердится, то может даже и наказать! Непорядок.
Работа природного «энергетического генератора» звезды чем-то (только не смейтесь) очень похожа на тот самый тихий час и «закон одного шёпота». В каждый момент «говорит» (то есть выделяет энергию) только определённый маленький объём водородного топлива. Всё остальное топливо, образно говоря, «молчит», «спит», в термоядерной реакции участия не принимает... Но что произойдёт, если вдруг ни с того ни с сего всё топливо звезды вспыхнет одновременно – ну, как будто все дети в палате начали галдеть? Вот тут-то и случается тот самый бардак и кошмар – виноват, простите, взрыв сверхновой звезды. Взрыв, мощнее которого во Вселенной мало что может быть (если может быть вообще).
Однако какой же механизм способен заставить загореться всё термоядерное топливо звезды? Снова вспомним летний лагерь и детские игры. Вы когда-нибудь играли в перетягивание каната? Одна команда тянет один конец, другая – другой. Канат туго натянут, участники стараются изо всех сил, болельщики кричат «давай-давай, поднажми!». Но представьте себе, что одна команда решила пошутить над другой. Что ребята из одной команды одновременно – ррраз! – и выпускают канат из рук. Тогда другая команда резко полетит назад и под всеобщий хохот окажется валяющейся на земле, ведь так? С точки зрения физики про эту игру мы можем сказать так: при взаимодействии двух равных противодействующих сил система находилась в равновесии. Но если одну из сил вдруг убрать, то равновесие нарушается. Со всеми вытекающими последствиями.
Внутри звезды тоже происходит «соревнование двух команд», борьба двух могучих сил. С одной стороны, как мы уже говорили, гравитация, сила тяготения, постоянно пытается звезду сжать, сдавить. С другой стороны, тяготению противостоит или сила, порождаемая постоянным «термоядерным взрывом» в ядре звезды (у таких звёзд, как наше Солнце), или банальная упругость звёздного вещества (у белых карликов). В любом случае звезда находится в равновесии и спокойно себе светит миллионы и миллиарды лет. Но что, если вдруг это равновесие нарушится? Скажем, в двойных звёздных системах белые карлики часто начинают «воровать» вещество у своего соседа. Белый карлик медленно, но верно «перетягивает» к себе водород от соседней звезды, становится всё тяжелее, тяжелее...
И вдруг в какой-то момент равновесие нарушается! Упругость звёздного вещества уже не в состоянии противостоять гравитации, звезда как будто «проваливается внутрь себя», как говорят астрономы – коллапсирует. При этом она очень быстро сжимается – за считанные секунды от размеров в несколько раз больше нашей Земли белый карлик «усыхает», съёживается до размеров всего лишь в несколько десятков километров! Вся огромная масса звезды сосредотачивается в крохотном объёме, давление и температура возрастают в миллионы раз – и вот тогда-то начинается термоядерная реакция, точнее, сумасшедшей силы термоядерный взрыв, в котором принимает участие всё вещество звезды. Происходит вспышка сверхновой, если быть совсем точным – вспышка сверхновой первого типа.
Что остаётся после взрыва? Во-первых, разлетающееся с огромной скоростью вещество звезды образует неоднородную туманность. А во-вторых, в центре этой туманности остаётся крохотная (меньше Москвы в пределах третьего транспортного кольца) и очень быстро вращающаяся звёздочка – нейтронная звезда, пульсар. Именно так выглядит сейчас сверхновая звезда, вспыхнувшая в созвездии Тельца почти тысячу лет назад, в 1054 году. На её месте – крошечный пульсар с жутким названием «PSR B0531+21» и окружающая его чудовищных размеров (примерно 11 световых лет, или 3 с половиной парсека) Крабовидная туманность (астрономы её называют M1). Крабовидную туманность, кстати, на тёмном «деревенском» небе вполне можно разглядеть даже в школьный телескоп или мощный бинокль. Вдумайтесь: спустя тысячу (!) лет остатки взрыва до сих пор разлетаются с огромной скоростью на пространстве в 11 световых лет (это примерно 110 триллионов километров). Представляете, какой силы был сам взрыв?
Читайте далее:
Как появилась квантовая физика?
Что такое жизнь с точки зрения физики и грозит ли нашей вселенной "тепловая смерть"?
С чего начинается жизнь? Чем отличается живое от неживого? Может ли мёртвое ожить?
Это статьи из ежемесячного печатного познавательного журнала для детей и родителей "Лучик". Подписаться на журнал на 2022 год можно на сайте Почты России.