Мы живем в уютном относительно спокойном мире, который тем не менее может быть очень опасен и может нести нам смерть от самых разных факторов: слишком высокая или слишком низкая температура, слишком много или слишком мало воды, слишком сильный ветер, волны, сходы лавин, камнепады и многое другое. Но мы даже не представляем, НАСКОЛЬКО опасной может быть среда вдали от земли. Давайте опишем 10 самых экстремальных сред – 10 самых ужасных объектов, выжить на которых и даже рядом с которыми невозможно даже теоретически.
10 место. Среди планет Солнечной системы многие будут иметь очень экстремальные среды на поверхности или в атмосфере. Фактически, кроме Земли и частично Марса все остальные планеты – зона смерти. Самая большая планета – Юпитер – как раз содержит в себе все опасные свойства. Это газовый гигант, который в два с половиной раза тяжелее всех остальных планет Солнечной системы вместе взятых. Давление его атмосферы чудовищно. В ядре Юпитера температура может достигать 20 тысяч градусов, а давление – 4000 Гектопаскалей. Само ядро может быть окружено слоем металлического водорода, который выше переходит в жидкое состояние, а еще выше – в газообразное. В атмосфере Юпитера бушуют огромные циклонические штормы, а один из таких большое красное пятно – существует уже более 300 лет. Скорость ветра может достигать 600 км/ч и более. Облака пронизывают электрические разряды огромной силы. Толщина этой атмосферы может составлять более 20 тысяч километров. Точно неизвестно, есть ли у Юпитера твердое каменное ядро, или же только металлический водород. Сегодня обнаружено несколько тысяч экзопланет. К сожалению, увидеть какие-то детали не позволяет их удаленность – от нескольких до десятков световых лет. Но не вызывает сомнения, что многие из них совершенно экстремальны. Намного экстремальней Юпитера. Например, Kepler-70b – самая горячая экзопланета. Температура здесь достигает 6 800 градусов Цельсия. Или TrES-2b – планета, скрытая во тьме, тайна, покрытая мраком. Абсолютно черная атмосфера не отражает почти ничего. Она чернее угля. Почему так? Что там на поверхности? Вряд ли мы когда-нибудь узнаем.. В обозримом космосе наверняка по своим орбитам движутся тысячи планет-экстремалов, горячих и холодных, больших и очень больших, непохожих ни на что в нашей Солнечной системе..
9 место. Но если наш Юпитер – этакая недозвезда, но все же планета, то между планетой и звездой должно быть недостающее звено. И оно есть! Это – Коричневый карлик. Обычно это субзвездный объект с массой от 13 сотых, до 75 сотых масс Солнца. Коричневые карлики могут поддерживать термоядерные реакции в своих недрах, но мощность реакций в них никогда не сравнивается с их собственной светимостью, поэтому такие объекты не выходят на постоянную светимость, как звёзды, а сжимаются и тускнеют. Самые массивные и молодые коричневые карлики имеют светимость, сравнимую с самыми тусклыми звёздами, а старые и легкие схожи с планетами-гигантами. Для коричневых карликов характерно быстрое вращение: период вращения некоторых из них составляет около 2 часов (для сравнения – период вращения Юпитера – 10 часов). В центре этих объектов температура достигает 3 на 10 в шестой степени кельвинов, а давление примерно такое же как в центре Юпитера. В атмосферах коричневых карликов могут существовать облака и ветры, как и на Юпитере. Следующая фаза звездности – Красный карлик. Это уже звезда главной последовательности, но маленькая и довольно тусклая. Такие звезды очень стабильны и живут от миллиардов до триллиона лет.
8 место. Следующий шаг по лестнице экстрима - Голубые сверхгиганты. Это молодые очень горячие и яркие звёзды с температурой поверхности 20 000—50 000. Они в 10 – 50 раз массивнее Солнца. И светят в 100 -150 тысяч раз сильнее, чем Солнце. И из-за этого живут они недолго – несколько десятков миллионов лет. Голубые сверхгиганты — это массивные звёзды, находящиеся в определённой фазе процесса «умирания». По мере развития звезда может несколько раз превращаться из красного сверхгиганта в голубой сверхгигант и наоборот, что создаёт слабые концентрические оболочки вокруг звезды. В промежуточной фазе звезда может быть жёлтой или белой, как, например, Полярная звезда. Самый известный пример голубого сверхгиганта — Ригель (Бета Ориона), самая яркая звезда в созвездии Ориона. Прибавим еще экстрима. И тогда на сцене оказывается гипергигант – звезда, которая вплотную подошла к пределу возможной массы. Она может иметь 250 и даже более солнечных масс. Такие звезды очень неустойчивы, короткоживущие и находятся на грани образования черной дыры. Самой большой по размерам звездой, известной науке, является Stephenson 2-18. Радиус звезды составляет 2150 радиусов Солнца. Излучение их тоже очень велико, а процессы, которые проходят в ходе их очень быстрой эволюции, грандиозны. Типичный гипергигант может светиться как миллион Солнц. Один из самых известных гипергигантов – Эта Киля
7 место. Одно из самых захватывающих явлений во Вселенной – наблюдать сверхновую, когда ничем не примечательная вроде бы звезда (а возможно, и невидимая из-за своей удаленности) вдруг увеличивает свой блеск в десять тысяч – сто миллионов раз и становится доминирующей в небе. В июле 1054 году нашей эры китайские астрономы зафиксировали такую ярчайшую звезду. Она полыхала 23 дня и была видна даже днем! Во второй половине восемнадцатого века астрономы открыли крабовидную туманность, которая образовалась на месте той сверхновой. В центре туманности находится пульсар, который излучает в рентгеновском и гамма- диапазоне. Это быстровращающаяся нейтронная звезда 28-30 километров в диаметре. Существует еще Новая звезда — похожее космическое представление с быстрым увеличением яркости звезды. Там происходит термоядерный взрыв водородного слоя, аккрецированного на белый карлик, но сама звезда не разрушается. Сверхновая — катастрофическое событие, сопровождающееся либо полным разрушением звезды (с выбросом вещества в космос), либо коллапсом её ядра. В этом случае исходов всего два: либо нейтронная звезда, пульсар или магнетар, либо черная дыра. Все элементы тяжелее железа образованы сверхновыми. Только звезды с массой более восьми солнечных становятся сверхновыми в конце своей эволюции.
На шестом месте - Нейтронная звезда. Когда у массивной звезды заканчивается топливо, ее оболочки схлопываются к ядру, уплотняясь. Возникает сверхновая. Температура вырастает до 5*9 в девятой степени кельвинов и выше. Протоны и электроны сливаются вместе, образуя нейтроны. Когда плотность звезды достигает ядерной плотности 4⋅1017 кг/м3, давление вырожденного нейтронного идеального газа останавливает сжатие. После того, как внешняя оболочка рассеивается, остается чрезвычайно плотное ядро. Если масса этого остатка больше трех солнечных масс, то сжатие продолжается и получается черная дыра. Обычно исходная звезда хоть немного, но вращается. Когда она коллапсирует в нейтронную звезду с радиусом в 10 километров, например, по закону сохранения импульса вращение многократно ускоряется (этот прием используют фигуристы, начиная вращение с раскинутыми в стороны руками и затем прижимая их к телу). Некоторые нейтронные звезды вращаются с угловым периодом в несколько миллисекунд. Нейтронная звезда имеет чудовищную плотность. Горошина ее вещества может весить сто миллионов тонн. А ускорение свободного падения на типичной нейтронной звезде будет на десять в одиннадцатой степени больше, чем на Земле. Вторая космическая скорость для нейтронных звезд лежит в диапазоне от 100 000 км/с до половины скорости света. Магнитное поле этих звезд достигает невероятных значений, которые в десять в двенадцатой степени больше, чем на Земле. Нейтронная звезда имеет и свою атмосферу в кавычках – очень тонкий слой плазмы, всего несколько сантиметров или миллиметров. Далее идет внешняя кора из ядер и электронов, идущая на несколько сотен метров, и внутренняя кора из электронов, свободных нейтронов и атомных ядер с избытком нейтронов, идущая на несколько километров. И далее – внешнее и внутреннее ядро. Внешнее состоит из нейтронов и у небольших нейтронных звезд оно идет до центра. А у массивных есть еще и внутреннее ядро. Предполагается что там может содержаться кварковое, или гипер+онное или ка+онное вещество. Сегодня открыто уже более 3000 нейтронных звезд.
5 место. Еще одной разновидностью нейтронной звезды является Магнетар – нейтронная звезда с чудовищно большим магнитным полем. Магнетары образуются из массивных звёзд с начальной массой около 40 солнечных. Эти объекты, как следует из названия, имеют самое мощное магнитное поле во Вселенной. Оно в десять в пятнадцатой степени раз больше, чем на Земле. А еще магнетары очень короткоживущие объекты. В среднем, магнетар живет около 10 тысяч лет, после чего его магнитное поле исчезает. Магнетары излучают короткими импульсами в рентгеновском и гамма диапазоне. Во время одной такой вспышки, длящейся несколько десятых секунды, магнетар испускает столько же энергии, сколько Солнце за год и даже больше: так, в 27 декабря 2004 года излучение от взрыва подобного объекта, находящегося на противоположной стороне нашей галактики, достигло Земли. Подсчитали, что этот магнетар за одну десятую секунды испустил больше энергии, чем Солнце за сто тысяч лет! Эти невероятные выбросы энергии могут быть вызваны «звездотрясениями» — процессами разрыва твёрдой поверхности (коры) нейтронной звезды и выброса из её недр мощных потоков протонов, которые захватываются магнитным полем и излучают в гамма- и рентгеновских областях электромагнитного спектра. Известно около тридцати магнетаров.
4 место. Пульсар. Что бы вы подумали, если бы были астрономом в шестидесятые годы двадцатого века и обнаружили в первый раз в космосе объект, который посылает строго периодические сигналы на одной и той же длине волны, например, повторяющийся радиосигнал или пучки рентгеновского и гамма-излучения? А потом бы нашли еще один точно такой же в другой галактике? Вполне естественно, что исследователи испугались: кто-то кому-то сигналит в космосе. Они посчитали эти сигналы техногенными, ведь еще не были известны природные процессы, способные на такое. Открытие даже засекретили на несколько месяцев. Но впоследствии сформировалась общая точка зрения, согласно которой пульсар – быстровращающаяся нейтронная звезда с магнитным полем, которое наклонено к оси вращения, что и вызывает периодичность сигнала. Пульсары могут испускать как радио – так и рентгеновское, и обычный видимый свет.
3 место. Кварковая звезда. Еще один класс чрезвычайно экстремальных объектов до сих пор не найден. Но модели не запрещают его существование. Он возможен, просто мы пока не можем эти объекты идентифицировать, отличить от других нейтронных звезд. Это кварковые звезды. Что будет, если внутри нейтронной звезды еще поднять давление? Тогда, по достижении какого-то предела, нейтроны распадутся на кварки. Кварковое вещество из-за его свойств называют также странным веществом. Оно должно вести себя как ферми-жидкость из фермионов и иметь также цветовую сверхпроводимость. Ни в одной лаборатории или коллайдере не получить такого странного вещества. Сегодня астрофизики выделяют возможных кандидатов на роль кварковых звезд. Это некоторые быстро вращающиеся пульсары – нейтронные звезды, близкие к верхнему пределу масс нейтронной звезды.
2 место. Экстремальные условия в центрах галактик. Высокая концентрация звёзд. Чем ближе к центру галактики, тем плотнее кучкуются звёзды. Здесь могут происходить регулярные столкновения звёзд. Когда расстояние между звёздами достигает около 0,3 световых лет, они начинают сталкиваться. Там очень специфическая среда. Столкновения звёзд и перетекание вещества от одних звёзд к другим порождают здесь специфическую среду: Мощное излучение. Центральная область характеризуется интенсивным звёздообразованием и сверхмощным излучением в различных диапазонах электромагнитного спектра. В центре массивных галактик обычно находится сверхмассивная чёрная дыра, вокруг которой вращаются остальные звёзды в галактике. Наконец, в центральных областях галактик идет формирование новых звёзд. Здесь находятся многочисленные молекулярные облака, в которых происходит формирование новых звёзд, и остатки сверхновых звёзд, обогащающие межзвёздную среду тяжёлыми элементами.
На первом месте - Квазар. Эти по-настоящему экстремальные объекты поэтично называют маяками Вселенной. Они видны с гигантского расстояния. Они излучают радиоволны и видимый свет, причем по количеству света эти почти точечные с большого расстояния объекты, могут заткнуть за пояс галактику из миллиарда звезд. Астрономы с конца пятидесятых долго не могли понять, что же это такое. Объекты имели слишком большое красное смещение, то есть либо они двигались невероятно быстро, либо были чудовищно далеко. Но если они находились далеко, то невозможно было объяснить такое большое энерговыделение. В шестидесятые ни одна теоретическая модель этого не объясняла. Постепенно, в семидесятые годы двадцатого века была выдвинута модель аккреционного диска из вещества, падающего в сверхмассивную черную дыру. И все сошлось. Оказалось, что каждый квазар имеет или имел родительскую галактику. Эта модель также хорошо согласуется с другими наблюдениями, которые предполагают, что многие или даже большинство галактик имеют массивную центральную чёрную дыру. Это также объясняет, почему квазары более распространены в ранней вселенной: когда квазар поглощает вещество из своего аккреционного диска, наступает момент, когда в окрестностях оказывается мало вещества, и поток энергии падает или прекращается, и тогда квазар становится обычной галактикой. Маяки Вселенной – поистине экстремальные объекты. В среднем, квазар производит примерно в 10 триллионов раз больше энергии в секунду, чем наше Солнце (и в миллион раз больше энергии, чем самая мощная известная звезда). Механизм энерговыделения квазара на порядок круче термоядерного синтеза! В излучение переходит до 32% вещества из аккреционного диска. Гигантская группа из 73 квазаров, обнаруженная в 2012 году, возможно одна из самых больших структур Вселенной. Она имеет в поперечнике 4 миллиарда световых лет. Группа расположена очень далеко от Земли, в созвездии Льва. Масса квазаров – 6*10 в восемнадцатой степени масс Солнца. И, наконец, вершина экстремальности – то, что находится внутри квазара, а также – внутри центра нашей и многих, многих других галактик – Черная дыра. Это самый странный и в то же время обычный, но совершенно экстремальный объект. Эффекты искажения пространства-времени при приближении к горизонту событий просто потрясают. А то, что скрывается за горизонтом – пугает. Но то, что пройдет горизонт, назад уже не вернется. Как будто какая великая космическая цензура не позволяет ничего узнать о том, что за горизонтом. Занавес.