Сверхновые звезды

ВВЕДЕНИЕ

Нам нет числа. Напрасно мыслью жадной

Ты думы вечной догоняешь тень…

А.Фет

Величественный покой усыпанного звездами ночного неба всегда

производил глубокое впечатление на человека. Такой «мирный» образ

Вселенной, возникающий в воображении человека, объясняется не только

относительной краткостью человеческой жизни и всей истории человечества, но

и тем, что сведения о наиболее быстротекущих, взрывных процессах,

происходящих буквально мгновенно даже по человеческим представлениям, чаще

всего приносят нам электромагнитные излучения таких видов, которые

невозможно наблюдать глазом и с помощью обычных наземных телескопов. Теория

эволюции звезд, гигантских газовых облаков и других небесных тел показала

неизбежность катастрофически быстрых изменений на определенных этапах их

жизни. В результате сформировалась сложная, порой противоречивая и во

многом еще неясная до конца картина бурных, резко нестационарных явлений во

Вселенной.

Не все звезды проходят «спокойный» путь своего развития (эволюцию

«нормальной» звезды), т.е. от момента ее зарождения в виде сгустка

сжимающейся газопылевой туманности до глубокой «старости» – сверхплотного

холодного «черного» карлика. Некоторые на заключительном этапе своей

эволюции взрываются, вспыхивая могучим космическим фейерверком. В таких

случаях говорят о вспышке «сверхновой» звезды. Светимость сверхновой может

равняться 500 миллионам солнц.

От «сверхновых» звезд следует отличать «обычные» новые звезды.

Мощность вспышки у этих звезд в тысячи раз меньше, чем у сверхновых.

Вспыхивают новые звезды сравнительно часто (в нашей Галактике – около 100

вспышек в год). Для новых звезд характерна повторяемость вспышек, которые

не приводят к существенному изменению структуры звезд. Напротив, вспышка

сверхновой – это радикальное изменение, и даже частичное разрушение

структуры звезды.

Пока нам еще не известны катастрофы, по своим масштабам более

грандиозные, чем вспышки сверхновых. ( Хотя, в последнее время, по-

видимому, обнаружены удивительные объекты – взрывающиеся ядра галактик,

явление несравненно более грандиозное, чем вспышки сверхновых.) За какие-

нибудь несколько суток вспыхнувшая звезда увеличивает свою светимость в

сотни миллионов раз. Бывает так, что в течение короткого времени одна

звезда излучает света больше, чем миллиарды звезд той галактики, в которой

произошла вспышка.

Естественно, что колоссальный космический взрыв приводит к гибели

самой звезды и катастрофическим последствиям в ее ближайших окрестностях.

Однако сам факт космического взрыва, скорее всего, является закономерным, а

не случайным в рамках сохранения и перераспределения энергетического

баланса галактик.

ВСПЫШКИ СВЕРХНОВЫХ В НАШЕЙ ГАЛАКТИКЕ

В отличие от вспышек «обыкновенных» новых звезд, это явление

принадлежит к числу весьма редких. В нашей Галактике около 100 млрд.звезд.

По имеющимся оценкам, ежегодно рождается примерно 1 – 10 новых звезд.

Сверхновые же вспыхивают в среднем раз - два в столетие. Поэтому такие

вспышки изредка наблюдаются в других галактиках. Если держать

систематически «под наблюдением» несколько сот галактик, то можно с большой

вероятностью утверждать, что в течение одного года хотя бы в одной из таких

галактик вспыхнет сверхновая звезда. Сейчас ежегодно открывают около 20 –

30 внегалактических сверхновых. Полное их число достигает почти 600.

Тем не менее история сохранила довольно значительное число хроник и

даже научных трактатов, содержащих описание вспышек сверхновых в нашей

Галактике. Так, например, сохранился ряд китайских хроник, в которых

рассказывается о появлении на небе в июле 1054 г. «звезды-гостьи» в

созвездии Тельца. Эта звезда была настолько ярка, что ее видели даже днем;

по своему блеску она превосходила Венеру – самое яркое светило неба после

Солнца и Луны. Несколько месяцев звезда была видна невооруженным глазом, а

потом постепенно погасла.

С 1054 г. в нашей Галактике было замечено еще две вспышки сверхновых:

одну из них наблюдал в 1572 г. датский астроном Тихо Браге, другую – в 1604

г. Иоганн Кеплер. Затем наступила пауза продолжительностью в три века. Тем

не менее сверхновые можно обнаружить даже после того, как они угасли, - по

их влиянию на окружающую межзвездную среду и по остаткам, сохраняющимся

после взрыва.

ТУМАННОСТИ

Крабовидная туманность

Через семь с половиной веков после взрыва сверхновой в 1054 г.

французский астроном Шарль Мессье, составляя знаменитый каталог

туманностей, под N 1 поместил объект необычайной формы. Впоследствии этот

объект получил название «Крабовидная туманность». Этот объект невозможно

наблюдать невооруженным глазом. Его фотография была получена путем

длительного экспонирования фотопластинки на одной из самых совершенных

астрономических обсерваторий.

Волокнистая структура яркого объекта внешне несколько напоминает

краба, почему он и получил название Крабовидной туманности. Для астрономов

такая структура служит признаком некоторой бурной активности в центре

объекта. Признаки активности становятся еще более явными после детального

исследования туманности. Так, например, измерения скорости светящегося

вещества туманности показали, что оно удаляется от центра объекта со

скоростью около 1000 км/с и более. А при последующих исследованиях в радио-

и рентгеновском диапазонах обнаружилось, что Крабовидная туманность

испускает также радиоволны, рентгеновское и гамма-излучение. Полагают, что

этот замечательный объект представляет собой остаток взрыва звезды,

происшедшего много столетий назад, а именно в июле 1054 г.

Дальнейшие наблюдения показали, что Крабовидная туманность медленно

расширяется, как бы «расползаясь» по небу. Так как расстояние до этой

туманности равно 2000 пк, то заметное увеличение ее размеров на небе

означает, что скорость разлета образующих ее газов достигает 1500 км/с,

т.е. более чем в 100 раз превосходит скорости искусственных спутников

Земли. Между тем скорость движения обычных газовых туманностей в Галактике

редко превышает 20-30 км/с. Только гигантских масштабов взрыв мог сообщить

такой большой массе газа столь высокую скорость. Из наблюдаемой скорости

расплывания Крабовидной туманности следует, что приблизительно 900 лет

назад вся туманность была сосредоточена в очень малом объеме и что эта

туманность не что иное, как остаток грандиозной космической катастрофы –

вспышки сверхновой.

Как отличить туманности – остатки вспышек сверхновых звезд –

от обыкновенных туманностей

В 1949 г. было обнаружено, что Крабовидная туманность является

мощным источником радиоизлучения. Вскоре удалось объяснить природу этого

явления: излучают сверхэнергичные электроны, движущиеся в магнитных полях,

находящихся в этой туманности. Та же причина объясняет общее радиоизлучение

Галактики. Таким образом, при вспышке сверхновой каким-то образом

образуется огромное количество частиц сверхвысоких энергий – космических

лучей. По мере расширения и рассеяния туманности заключенные в ней

космические лучи выходят в межзвездное пространство. Если учесть, как часто

вспыхивают сверхновые звезды в Галактике, то образующихся при этих вспышках

космических лучей оказывается достаточно для заполнения ими всей Галактики

с наблюдаемой плотностью.

Таким образом, впервые со всей очевидностью удалось доказать, что

вспышки сверхновых звезд являются одним из основных источников пополнения

Галактики космическими лучами; кроме того, они обогащают межзвездную среду

тяжелыми элементами. Это имеет огромное значение для эволюции звезд и всей

Галактики в целом.

Крабовидная туманность обладает еще одной удивительной особенностью.

Ее оптическое излучение, по крайней мере на 95%, имеет «синхротронную»

природу (обусловлено также сверхэнергичными электронами). На основе новой

теории оптического излучения Крабовидной туманности удалось предсказать,

что это излучение должно быть поляризованным. Наблюдения ученых полностью

подтвердили этот вывод теории. В настоящее время синхротронное оптическое

излучение обнаружено еще у нескольких объектов, преимущественно

радиогалактик.

В 1963 г. при помощи ракеты с установленными на ней приборами удалось

обнаружить довольно мощное рентгеновское излучение от Крабовидной

туманности. В 1964 г. во время покрытия этой туманности Луной удалось

показать, что этот источник рентгеновского излучения протяженен.

Следовательно, рентгеновское излучение испускает не звезда, некогда

вспыхнувшая как сверхновая, а сама туманность. Было доказано, что

рентгеновское излучение Крабовидной туманности имеет также синхротронную

природу.

Рентгеновское излучение полностью поглощается земной атмосферой и

может наблюдаться только с помощью аппаратуры, установленной на ракетах и

спутниках. Особенно ценные результаты были получены на специализированном

спутнике «Эйнштейн», запущенном в ознаменование столетия со дня рождения

великого ученого.

Дальнейшие наблюдения показали, что все без исключения туманности –

остатки вспышек сверхновых звезд – оказываются более или менее мощными

источниками радиоизлучения, имеющего ту же природу, что и у Крабовидной

туманности.

Туманность в созвездии Кассиопеи

Особенно мощным источником радиоизлучения является туманность, находящаяся

в созвездии Кассиопеи. На метровых волнах поток радиоизлучения от нее в 10

раз превышает поток от Крабовидной туманности, хотя она дальше последней. В

оптических лучах эта быстро расширяющаяся туманность очень слаба. Как

сейчас доказано, туманность в Кассиопее – остаток вспышки сверхновой,

имевшей место около 300 лет назад. Не совсем ясно, почему вспыхнувшую

звезду тогда не заметили. Ведь уровень развития астрономии в Европе был

тогда

довольно высок.

Источником радиоизлучения, правда, раз в 10 менее мощным, чем

Крабовидная туманность, являются туманность IC 443 и волокнистые

туманности в созвездии Лебедя.

Большая туманность в созвездии Ориона

Это один из многих районов во Вселенной, где, как полагают, в наше

время происходит активный процесс звездообразования. Туманность расположена

на расстоянии около 1500 св.лет от нас. Она содержит большое количество

протозвезд. В протозвездах внутренняя температура еще недостаточно высока,

чтобы вызвать термоядерные реакции. Существующей там температуры, однако,

вполне достаточно, чтобы протозвезды довольно интенсивно излучали энергию,

в основном в инфракрасной области электромагнитного спектра. В туманности

Ориона обнаружено немало источников инфракрасного излучения; это служит

подтверждением тому, что звезды рождаются там и сейчас.

ДВА ТИПА СВЕРХНОВЫХ

До сих пор речь шла преимущественно о туманностях, образующихся при

вспышках сверхновых звезд. Что же можно сказать о самих вспыхивающих

звездах? Как уже упоминалось, данные наблюдений относятся к сверхновым,

вспыхивающим в других звездных системах. В нашей Галактике последняя такая

вспышка наблюдалась в 1604 г. Эту звезду наблюдал Кеплер. Тогда еще не был

изобретен телескоп, а спектральный анализ – этот мощнейший метод

астрономических исследований – стал применяться только спустя два с

половиной столетия.

По наблюдениям вспышек в других галактиках удалось установить, что

сверхновые бывают двух типов. Сверхновые I типа – это довольно старые

звезды с массой, лишь немного превосходящей солнечную. Такие сверхновые

вспыхивают в эллиптических галактиках, а также в спиральных звездных

системах. Мощность излучения у таких сверхновых особенно велика, хотя массы

выброшенных газовых оболочек не превышают нескольких десятых массы Солнца.

Так называемые сверхновые II типа вспыхивают в спиральных

галактиках. Они никогда не вспыхивают в эллиптических звездных системах.

Сверхновые этого типа, как принято думать, массивные молодые звезды. Именно

по этой причине они, как правило, наблюдаются в спиральных ветвях, где еще

продолжает идти процесс звездообразования. Не исключено, что если не

большая, то по крайней мере значительная часть горячих массивных звезд

спектрального класса О кончает свое существование вспышкой сверхновой этого

типа.

ПРИЧИНА ВЗРЫВОВ ЗВЕЗД

Существует несколько гипотез о причине взрывов звезд, наблюдаемых как

сверхновые. Однако общепризнанной теории, основывающейся на известных

фактах и могущей предсказать новые явления, пока нет. Можно, однако, не

сомневаться, что такая теория будет создана в самом ближайшем времени. По

всей вероятности, причиной взрыва является катастрофически быстрое

выделение потенциальной энергии тяготения при «спаде» внутренних слоев

Страницы: 1, 2