100 миллиардов солнц. Рождение, жизнь и смерть звезд

Это был не совсем тот результат, который хотелось бы получить. Желательно было бы прийти к объекту, в недрах которого могло возникнуть пра-Солнце. Вокруг Солнца был бы диск, из которого с течением времени могли образоваться планеты. У диска же Боденгеймера — Чарнутера в центре не было никакого солнцеподобного тела-напротив, основная плотность вещества была сосредоточена в кольце, которое охватывало центр на расстоянии 17 радиусов орбиты Плутона. Вместо центрального тела образовалось кольцо!

На рис. 13.2, в это кольцо показано в сечении, а на рис. 13.3, а-в плане.

Если разобраться, в этом результате мало удивительного. Почему вещество в этой модели не устремляется к центру, а образует кольцо? Падению вещества к центру препятствует центробежная сила. Всему виной момент импульса, которым обладает вещество. Мы уже высказали предположение, что при образовании Солнечной системы вещество и момент импульса как бы разделились, так что сегодня основная доля вещества принадлежит Солнцу, а момент импульса-планетам. В расчетах же Боденгеймера и Чарнутера каждый грамм вещества сохранял за собой тот момент импульса, которым он обладал с самого начала. Они могли повторить свои выкладки с поправкой на то, что может происходить перенос момента импульса в веществе подобно переносу тепла в каком-либо теле. Есть, правда, одна загвоздка: мы знаем несколько механизмов, с помощью которых может осуществляться перенос момента импульса от одной части газопылевого диска к другой, но не знаем, какой из них наиболее важен. Часть диска может лишиться своего момента импульса благодаря действию магнитных полей, и тогда вещество сможет образовать уплотнение в центре. Могут здесь играть роль и турбулентные движения с учетом вязкого трения.

На сегодняшний день турбулентные движения в жидкостях и газах относятся к наименее изученным физическим процессам, хотя примеры их нам хорошо известны. Струя, вытекающая под большим напором из водопроводного крана, не является однородной: внутри нее вода движется очень сложным и непредсказуемым образом. Другой пример турбулентного, нерегулярного движения жидкости — струйка лесного родника. То, что при вращении диска, из которого должна образоваться звезда, турбулентность может играть важную роль, показал еще фон Вайцзеккер в годы второй мировой войны. В конце 40-х — начале 50-х годов под его руководством в Гёттингене над этой проблемой работала группа молодых физиков. В их числе был Реймар Люст, нынешний президент Общества Макса Планка, посвятивший свою докторскую диссертацию переносу момента импульса во вращающемся газовом диске. В 1979 г. на компьютерной модели Чарнутер показал, что в диске может образоваться центральное ядро, а из него-звезда, если благодаря турбулентному движению вещества в диске происходит разделение момента импульса. К сожалению, о турбулентных движениях во вращающемся газовом диске известно так мало, что невозможно количественно оценить процессы разделения вещества и момента импульса.

На этом мы пока и остановимся. Прежде чем идти дальше, астрофизики должны выяснить механизмы переноса момента импульса в веществе. Похоже, однако, на то, что не только астрофизики не знают наверное, что им делать с моментом импульса во вращающемся газовом диске, но и сама Природа не всегда справляется с этой проблемой.

Возникновение двойной звездной системы

Кольцо, появляющееся в результате эволюции описанной выше модели, не давало покоя группе сотрудников нашего института. Что произойдет, если Природа, как Боденгеймер с Чарнутером, не будет знать, как ей разделить момент импульса, и в результате образуется подобное кольцо? Природа не дает на этот счет никаких подсказок: во Вселенной мы наблюдаем только звезды, но никогда не видим колен, вращающихся относительно нематериального центра. Что же происходит с кольцом?

Попытки промоделировать дальнейшую судьбу кольца на компьютере наталкиваются на новые, еще большие трудности. Если до сих пор кольцо было осесимметричным, то теперь оно теряет это свойство. Необходимо разработать новые сложные методы расчета, чтобы моделировать процесс, требующий использования огромного объема компьютерной памяти. В 1977/78 годах в стенах нашего института осуществилось счастливое соединение светил науки: здесь собрались Вернер Чарнутер, Карл-Хайнц Винклер и Гарольд Йорк. К ним примкнул молодой польский астрофизик Михал Ружичка. Вчетвером они написали программу, позволившую выяснить, что произойдет дальше с кольцом Боденгеймера-Чарнутера.

Полученные ими результаты представлены на рис. 13.3. В противолежащих точках кольца за 10000 лет развиваются два уплотнения, которые сжимаются все сильнее, пока еще через 50000 лет не возникнут два облака, обращающиеся относительно друг друга, из которых могут возникнуть звезды. Компьютер описал нам рождение двойной звездной системы!