От чёрных облаков к чёрным дырам

Считается, что сверхновые являются источниками частиц больших энергий, приходящих в атмосферу Земли из космического пространства. Известные под названием космического излучения, эти потоки частиц регистрируются либо поднятыми на воздушных зондах приборами, либо детекторами, установленными на. Земле. Вдобавок к видимому, свету и космическому излучению сверхновая может испускать электромагнитное излучение. Очевидно, что если бы звезда превратилась в сверхновую на расстоянии, скажем, тридцать световых лет от нас, её излучение уничтожило бы жизнь на Земле. (Крабовидная туманность находится на безопасном расстоянии 6 000 световых лет.)

Можно ли знать заранее, собирается ли звезда взорваться? Пока что нет, но будущее развитие технологии может сделать это возможным. Расчёты показывают, что когда звезда приближается к моменту взрыва, необычайно резко нарастает образование нейтрино внутри звезды. Эти нейтрино легко выходят из звезды и движутся со скоростью света. Поэтому, если удастся построите чувствительные детекторы нейтрино, они смогут подать сигнал тревоги в тот момент, когда красный гигант соберётся стать сверхновой. К сожалению, нейтрино очень слабо взаимодействуют с остальным веществом и их необычайно трудно детектировать.

Отнюдь не каждой звезде уготована столь болезненная судьба. Точно так же, как доктора советуют людям не приобретать лишнего веса, чтобы прожить здоровую жизнь, это же можно «посоветовать» и звёздам! Расчёты звёздной структуры показывают, что только очень массивные звёзды с массой, приблизительно в 6 раз большей массы Солнца, становятся сверхновыми. Менее массивные звёзды также испытывают взрывы, но более слабые. Вещество из оболочки выбрасывается в таких взрывах короткими порциями, и звезда постепенно теряет массу. Эти порции вещества выглядят как дымовые кольца, испущенные звездой-«родителем», и называются поэтому планетарными туманностями. На рис. 54 показан пример планетарной туманности, возникшей в результате таких небольших по масштабу взрывов.

Рис. 54. Показанная здесь планетарная туманность возникла в результате выброса газообразного вещества звездой малой массы в сравнительно слабом взрыве

До сих пор мы сосредоточивали внимание на более эффектной судьбе, ожидающей внешние части взорвавшейся звезды. Но взорвётся ли звезда полностью, или какая-то часть сердцевины останется в целости? Хотя совершенно точный ответ на этот вопрос неизвестен, общепринято полагать, что какая-то часть ядра звезды переживает катастрофу. Что же будут собой представлять эти остатки звёздного взрыва? Ответ мы дадим в гл. 9.

Прежде чем закончить обсуждение взрывающихся звёзд, обратимся к недавно полученным свидетельствам того, что даже такие катастрофические события должны играть конструктивную роль в общей эволюции. СНОВА О РОЖДЕНИИ ЗВЕЗД

В гл. 5 обсуждались современные идеи, касающиеся рождения звёзд и происхождения планетных систем. Мы можем теперь ответить на первый вопрос, сформулированный в конце этой главы. Дело в том, что образование новых звёзд из межзвёздных облаков может сопровождаться или даже вызываться взрывом близлежащей сверхновой. Опишем два типа свидетельств, подтверждающих эту идею.

Первое свидетельство принёс с собой метеорит, упавший в 1969 г. в мексиканской деревне Пуэблито де Алленде и получивший название метеорита из Алленде. В нём обнаружились некоторые особенности в ядерном составе. Известные под названием изотопических аномалий эти особенности дают ключ к пониманию происхождения нашей Солнечной системы.

Изотоп данного элемента содержит ядро с тем же числом протонов, но с иным числом нейтронов. Например, алюминий, из которого сделаны наши кастрюльки и сковородки, является стабильным элементом, в ядре которого имеется 13 протонов и 14 нейтронов. Символ этого элемента ²⁷Al. У него есть нестабильный изотоп ²⁶Al, содержащий в ядре 13 протонов и 13 нейтронов. Поскольку химические свойства элемента определяются числом заряженных частиц в его ядре, ²⁷Al и ²⁶Al будут иметь одинаковые химические свойства. Но их ядерные свойства различны.

Нестабильный ²⁶А1 радиоактивен, и его период полураспада равен 720 000 лет. Это означает, что если мы запасём 100 ядер ²⁶А1, то в среднем половина из них распадётся за это время. Главным продуктом распада является изотоп элемента магния. Процесс распада можно записать в виде

²⁶Al → ²⁶Mg + e⁺ + ν.

Ядро магния содержит 12 протонов и 14 нейтронов. Таким образом, один из протонов в первоначальном ядре превращается в нейтрон. Кроме того, образуются позитрон и нейтрино.