Иногда в небе вдруг «из ничего» загорается 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...
Тысячу лет назад, в 1054 году, арабские и китайские астрономы наблюдали в небе такую чудесную звезду в созвездии Тельца. Она вспыхнула в небе совершенно неожиданно и сияла так ярко, что её было видно даже днём, а потом погасла. А последний раз такую очень яркую «новую» (точнее, сверхновую) звезду было видно с Земли в 1604 году в созвездии Змееносца. Само собой, астрономы наблюдают их и сейчас – но очень далеко от нас и только в очень мощные телескопы.
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 в секстиллион раз мощнее взрыва Чиксулубского астероида (того, который, предположительно, уничтожил, а точнее,«добил» динозавров). Секстиллион – это триллион миллиардов.
Иногда спрашивают – а что, если наше Солнце вдруг станет сверхновой? Что тогда будет с Землёй? Наверное, от бедняжки Земли не останется и следа?
А вот и... нет.
Солнце не может взорваться, потому что оно для этого слишком маленькое и лёгкое. И вообще, в относительной близости от нас нет ни одной звезды, способной взорваться. Все наши звёзды-соседки тоже слишком маленькие и лёгкие. Мы с вами живём в спокойном районе Галактики. Собственно, сама жизнь на Земле зародилась и развилась именно благодаря этому.
Но отчего же всё-таки звёзды взрываются?
Типичную звезду (как наше с вами Солнце) можно представить себе, как природный термоядерный реактор. Мы пока управлять термоядерной энергией не умеем. Мы используем в мирных целях ядерную энергию в атомных электростанциях. А в чём различие?
Давайте сравним Солнце и атомную станцию.
С одной стороны, они похожи, потому что оба «дают энергию». Но с другой стороны, есть большая разница. На атомной электростанции существуют отдельно: 1) хранилище ядерного топлива; 2) собственно реактор, в котором ядерное топливо «работает»; 3) паровой котёл, в котором согреваемая ядерным топливом вода (теплоноситель) превращается в пар, вращающий турбину.
А звезда одновременно является и хранилищем топлива, и реактором и теплоносителем! Конструкция, придуманная природой, во многом совершеннее и эффективнее конструкции, придуманной человеком. Как звезда устроена?
Звезда – это огромных, немыслимых размеров «капля» из чистейшего водорода. У неё колоссальная масса – а там, где есть масса, обязательно есть и 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 и ультрафиолетовые лучи). Но – не горит! Водорода в звезде очень много – но в любой момент в термоядерных реакциях участвует только его маленькая часть. И звезда тихо и спокойно «работает» миллиарды лет. А отчего происходят взрывы?
Если вв когда-нибудь были в летнем детском (раньше говорили «пионерском») лагере, то 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!
Работа природного «энергетического генератора» звезды 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», в термоядерной реакции участия не принимает... Но если вдруг всё топливо звезды вспыхнет одновременно – вот тут-то и случается взрыв сверхновой звезды.
Какой же механизм способен заставить загореться одновременно всё термоядерное топливо звезды?
Снова вспомним летний лагерь и детские игры. Вы когда-нибудь играли в перетягивание каната? Представьте себе, что одна команда решила пошутить над другой и одновременно выпустила канат из рук. Что будет с другой командой? Она окажется валяющейся на земле. С точки зрения физики об этом можно 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, гравитация 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 упругость звёздного вещества (у белых карликов). В любом случае звезда находится в равновесии. 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 также:
Как работает атомная электростанция?
Как появилась квантовая физика?
Выписывайте журнал "Лучик" на сайте Почты России