Галактики. Большой путеводитель по Вселенной

Сверхновые – это явление, в ходе которого происходит бурная гибель определенных массивных звезд (не все звезды могут стать сверхновыми; для этого их масса должна быть выше определенного порога). Есть два основных типа сверхновых, но интересующий нас здесь вид называется типом Ia. Сверхновые типа Ia появляются, когда одна из звезд в двойной системе (где две звезды вращаются по орбитам вокруг общего центра масс) приходит к концу своей эволюции и коллапсирует до состояния компактного объекта, называемого белым карликом. Этот коллапс происходит, когда термоядерные реакции в ядре больше не могут защищать от воздействия гравитации, которая всегда стремится отправить звезду в небытие. Все, что удерживает белого карлика от полного коллапса, – это своего рода давление, которое возникает из-за квантовых эффектов между электронами в сверхплотной материи – остатках звезд. Так происходит в результате действия принципа исключения Паули, который гласит, что два фермиона (а электрон является фермионом) не могут иметь одно и то же квантовое состояние. Тем не менее новый материал может накапливаться на белом карлике от соседней звезды-компаньона, увеличивая давление в ядре остатка звезды до критического предела. После того как на белого карлика аккрецировалось достаточно новой массы, давление и температура увеличиваются до тех пор, пока не достигают порогового значения, когда ядра углерода и кислорода в белом карлике внезапно срастаются. Это вызывает взрывную реакцию, разрушающую звезду. При этих взрывах выделяется достаточно энергии, чтобы на короткое время затмить остальные объекты галактики: поэтому сверхновые видны на огромных космологических расстояниях.

Все, что нужно для обнаружения сверхновой, – это сделать снимок неба, подождать немного, скажем неделю, а затем сделать еще одно изображение того же самого участка – чем больше будет изображение, тем лучше, потому что так оно будет захватывать больше галактик. Обычно два изображения, следующих друг за другом, выглядят одинаково, потому что галактики не сдвинулись с места и вообще картина их местоположения на небе никак не изменилась. Единственное отличие составляют условия наблюдений: так, например, одна ночь может быть немного пасмурнее другой или на изображении оставили след блики солнечного света, блеснувшие со спутника, или огни самолета, – то есть такие эффекты, которые легко обнаруживаются и удаляются. Но время от времени что-то будет выглядеть по-другому: в галактике или рядом с ней вдруг возникнет яркое пятно, которого раньше не было, – это классический признак вспышки сверхновой. Так, пока я пишу эту книгу, в галактике М95 недавно вспыхнула сверхновая, и все астрономы – как профессионалы, так и любители – лихорадочно разворачивают свои телескопы, чтобы следить за ней. Когда сверхновая взрывается в известной галактике, такой как М95, это очень заметно, но о подавляющем большинстве других галактик такого не скажешь.

Как только сверхновая взрывается, она мгновенно вспыхивает до максимума, а затем тускнеет в течение нескольких дней и недель. Этот процесс называется кривой блеска сверхновой. Затухающий свет в сверхновой типа Ia вызывается в первую очередь радиоактивным распадом никеля с периодом полураспада около недели (это значит, что за неделю около половины никеля распадается в другие изотопы), а после – распадом кобальта, который отличается более длительным периодом полураспада – около одиннадцати недель. Таким образом, затухающий свет сверхновой виден достаточно долго и, следовательно, его можно отследить. Однако крайне важно поймать сверхновую как можно ближе к пику ее сияния, а затем проводить наблюдения за ней через регулярные интервалы, чтобы правильно измерить процесс затухания и получить хорошее измерение формы кривой блеска. Кроме того, сверхновые – довольно редкие события в обычных галактиках, по крайней мере в человеческом масштабе времени, – в среднем около одного взрыва в столетие на галактику. Лучший шанс поймать сверхновую – наблюдать за большим количеством галактик: например, если вы проводите наблюдение за 100 галактик, то можете обнаруживать в среднем одну сверхновую в год. Отслеживайте миллион галактик – и вы сможете поймать около 30 сверхновых в день, если правильно примените ваши алгоритмы слежения и обнаружения: миллион галактик – это слишком много, чтобы их можно было проверить на глаз: здесь нужна работа компьютера. Опять же, не лишними будут обзоры, которые могут совершать очень большие телескопы.