Книга Астрономия на пальцах. Для детей и родителей, которые хотят объяснять детям - Александр Никонов

Что это за явление такое и чем отличаются новые звезды от сверхновых?

Прежде всего надо понять, что вспышка новой или сверхновой – это не внезапное рождение звезды с ее последующей молниеносной погибелью. Это просто взрыв уже существующей звезды. Просто звезда эта так тускла на ночном небе, что практически незаметна. Но при ее взрыве выделяется столь умопомрачительная энергия, что едва различимая в телескоп точечка сразу переходит в звезды первой величины и возникает полное впечатление, будто на небе зажглась новая звезда. Отсюда и название – новая и сверхновая.

Новая звезда отличается от сверхновой только мощностью взрыва. Это примерно как атомная бомба и водородная. Атомная – это страшно. А водородная – вообще пипец!.. Новая звезда увеличивает при взрыве свою яркость в тысячи раз и сотни тысяч раз. А сверхновая – в миллионы и миллиарды раз!

Представьте себе двойную звездную систему, состоящую из двух кружащихся друг вокруг друга звезд (астрономы говорят в таких случаях, что звезды кружатся вокруг общего центра масс), сцепившись «ручками» взаимного тяготения. Но одна из этих звезд представляет собой плотный белый карлик, а вторая – большая, но «рыхлая», довольно разреженная звезда с низкой плотностью.

Крепенький белый карлик все время подворовывает газовую шубу у своего партнера, постепенно «раздевая его» и утаскивая в себя газ из верхних слоев невнимательного гиганта. В результате на поверхности плотного белого карлика образуется слой водорода, который, постепенно накапливаясь и разогреваясь в мощном поле тяготения белого карлика, взрывается подобно тому, как взрывается водород в термоядерной бомбе. Это не то равномерное горение термоядерной печки, какое мы наблюдаем в центре обычных звезд, а именно взрывной «нештатный» процесс резкого выгорания накопившегося на поверхности белого карлика чужого «соседского» водорода.

Причем эти вспышки, резко увеличивающие светимость двойной системы в десятки или сотни тысяч раз, могут происходить не раз и не два, а периодически – по мере накопления очередной порции топлива на поверхности белого карлика. Вот это и называется «новая звезда», хотя на самом деле дело происходит в системе двойной звезды в результате взаимодействия двух звезд, одна из которых плотный белый карлик, а другая – рыхлый гигант. Такого рода вспышка разгорается несколько дней и длится годами, пока весь уворованный белым карликом водород не выгорит. И – до следующего раза.

Совсем иное дело – вспышка сверхновой! Подобное катастрофическое явление случается с очень массивными звездами, которые во много раз тяжелее нашего Солнца. Эти гиганты постепенно, слой за слоем нарабатывают все более и более тяжелые элементы таблицы Менделеева, как и положено порядочным звездам – во внешних слоях еще горит водород, слоем ниже – гелий, ниже кремний, магний, углерод и так далее вплоть до железа, которое синтезируется в самом центре при гигантских температурах, и само оно быть топливом для дальнейшего синтеза уже не может. Мы теперь знаем почему: железо – самый стабильный элемент с самым высоким дефектом масс, и для того, чтобы развалить железо или, наоборот, добавить к нему какие-то части, нужно приложить внешнюю энергию, в то время как с элементами легче железа ситуация обратная – они сами, сгорая, дают энергию для свечения звезды. Огромная масса звезды в данном случае необходима, чтобы сил ее мощнейшего тяготения хватило для такого сжатия вещества, при котором достигаются температуры, нужные для получения железа.

Итак, в центре большой звезды оседает несгораемый «шлак» в виде железа, и термоядерное горение, которое распирало центр звезды мощнейшим излучением и противодействовало гравитации, прекращается. Силы гравитации, которым больше ничто не сопротивляется, начинают дальнейшее сжатие вещества в центре. Но поскольку звезда гигантская, ее сила тяготения столь велика, что начинает вдавливать электроны в протоны, образуя нейтроны. И вместо ядер железа, между которыми шебуршились электроны, остаются одни нейтроны. Мы уже говорили об этом.

Плотность вещества скачком возрастает, то есть центр звезды как бы резко схлопывается вовнутрь. А за ним обваливаются к центру внешние слои, в которых шло неспешное послойное равномерное горение. Но в результате этой катастрофы, квадриллионы тонн топлива с огромной скоростью устремляются вниз, точнее, к нейтронному центру звезды, разогреваясь и повышая температуру настолько, что постепенное и упорядоченное термоядерное горение превращается в неуправляемый термоядерный взрывище! Который буквально разносит звезду во все стороны, оставляя в центре малюсенькую нейтронную серединку.

А все квадриллионы тонн вещества разметает в космос. Вот в момент этого чудовищного взрыва и образуется та дополнительная энергия, то есть разлетающиеся ядра приобретают ту скорость, которая и позволяет им преодолевать электрическое отталкивание и сцепляться короткодействующими ядерными силами, образуя более тяжелые, чем у железа, ядра. Затем, поскольку ядра атомов разметает вокруг вместе с неприкаянными свободными электронами, по мере разлета и остывания, электрончики уже становятся не такими шебутными и энергичными и притягиваются к ядрам. Получается нормальное вещество – квадриллионы тонн атомарной космической пыли из смеси самых разных элементов таблицы Менделеева.

Именно это вещество и служит основой жизни. Пылевые облака медленно-медленно, под действием гравитационного притяжения собираются вместе, образуя сначала пылевую туманность в виде крутящегося пылевого диска, в центре которого зажигается на остатках водорода новая звезда, а вокруг постепенно формируются планеты из более тяжелых элементов.

Почему планеты – преимущественно из тяжелых?..

Потому что, загоревшись в центре этого пылевого облака, новорожденная звездочка своим излучением начинает окружающую менделеевскую пыль сортировать, отгоняя солнечным ветром более легкие элементы к краю, а более тяжелые остаются поближе к светилу. В результате мы имеем то, что имеем на примере нашей Солнечной системы, где на периферии, дальше от Солнца, крутятся большие планеты, представляющие собой газовые пузыри, типа Юпитера, а рядом с Солнцем вращаются мелкие, но тяжелые планетки – Меркурий, Венера, Земля, Марс. По сути они представляют собой металлические шарики, покрытые коркой окислов, или, попросту говоря, ржавчины. На одном из таких металлических ржавых шариков мы и живем. И нам нравится.

Но вернемся к сверхновым… Я хочу еще немного поводить вас за ручку вокруг этой величайшей звездной катастрофы, чтобы вы как можно полнее ощутили мощь сего природного явления.

Взрыв сверхновой настолько чудовищен, что за какие-то секунды и минуты, сверхновая выделяет больше энергии, чем все звезды во всей галактике за то же время. А звезд в нашей галактике, напомню, 200 миллиардов. Вот какая концентрация!