Складки на ткани пространства-времени. Эйнштейн, гравитационные волны и будущее астрономии

Как мы видели, сначала вся звезда начинает коллапсировать, поскольку выработка энергии в ядре, противодействующая гравитационному сдавливанию, практически прекратилась. Однако свободнопадающий газ, масса которого может в пять или шесть раз превышать массу Солнца, врезается в поверхность только что образовавшейся нейтронной звезды. Сжать нейтронную звезду еще плотнее невозможно, и газ останавливается. Энергия его движения обращается в тепло, образуя бурлящий огненный шар, который снова устремляется вовне, сметая все со своего пути, словно гигантский бульдозер.

Здесь вступают в игру нейтрино, о которых я упоминал. Как вы помните, нейтрино образуются, когда протоны взаимодействуют с электронами и превращаются в нейтроны. Образование нейтронной звезды порождает колоссальную волну нейтрино – по одному на каждый образующийся нейтрон. Хотя нейтрино практически не взаимодействуют с нормальной материей, они создают дополнительный толчок изнутри наружу. В результате если ядро звезды коллапсирует в компактный шар из нейтронов, то большая часть звезды разносится вдребезги и яростно исторгается в пространство в виде стремительно расширяющейся оболочки.

Образование сверхновой – мощное явление. Катастрофический взрыв может давать больше света, чем все звезды в галактике вместе взятые, в течение нескольких недель. Я никогда не забуду сверхновую 1987А, взорвавшуюся в конце февраля указанного года в южной части неба. Три месяца спустя я впервые приехал в Европейскую южную обсерваторию в Чили. Затухающий свет взрыва звезды до сих пор был хорошо виден невооруженным глазом – впечатляюще, если учесть, что это произошло на расстоянии 167 000 св. лет.

Думаю, вы бы не захотели, чтобы поблизости взорвалась сверхновая – ее высокоэнергетическое излучение сдуло бы земную атмосферу и убило все живое на планете. К счастью, это относительно редкое событие. Последнее, наблюдавшееся в нашей Галактике, имело место в 1604 г. и произошло на безопасном расстоянии порядка 20 000 св. лет.

Итак, нейтронные звезды, которые будут очень важны в нашем рассказе о гравитационных волнах, – это причудливые останки погибших звезд-гигантов. (Что касается причудливости, мы пока лишь пробежались по верхам. Далее вы узнаете намного больше.) Образование нейтронной звезды сопровождается одним из самых колоссальных взрывных событий во Вселенной – сверхновой. В главе 6 я расскажу, как наблюдения за нейтронными звездами в 1970-х гг. подтвердили существование волн Эйнштейна задолго до того, как мельчайшее волнение пространственно-временного континуума было непосредственно зарегистрировано.

_________

Я совсем забыл о яблочном пироге Карла Сагана! Прошу прощения, увлекся захватывающей эволюцией звезд. Конечно, слова Сагана из сериала «Космос» – «Если вы хотите приготовить яблочный пирог с самого начала, то должны прежде всего изобрести Вселенную» – относятся к эволюции космоса. Если бы не образование галактик, рождение звезд, планетарные облака и взрывы сверхновых, яблочный пирог так и не удалось бы испечь.

Как мы узнаем в главе 9, Вселенная началась с первичного супа из элементарных частиц. Через несколько сотен тысяч лет из них образовались простые атомы водорода и гелия. Если бы не было эволюции звезд и ядерные топки космоса не зажглись, водородом и гелием все бы и ограничилось. Не разгуляешься!

Яблочные пироги – как и стулья, кошки и ключи от автомобилей – в больших количествах содержат более тяжелые элементы. Углерод, кислород и азот. Натрий, кальций и фосфор. Магний, алюминий и железо. И все они были выпечены в недрах звезд за минувшие 13,8 млрд лет эволюции космоса. В совокупности они составляют едва ли 1 % общей атомной массы Вселенной, но эта малость все меняет.

Выброшенные взрывом, эти элементы медленно распространялись в межзвездном пространстве. Малое количество еще более тяжелых атомов, например меди, цинка, золота и урана, возникли в мешанине остатков сверхновых или при катастрофических столкновениях нейтронных звезд. Облака газа обогатились сложными молекулами и частицами пыли. Новые поколения звезд оказались окружены планетами, и на некоторых было достаточно тепло, чтобы вода находилась в жидком состоянии. Во всяком случае, на один из таких каменистых миров пролились дождем молекулы, содержащие углерод, и постепенно были структурированы в первые живые организмы. Через несколько миллиардов лет планета породила пшеницу, сахарный тростник и яблони – обязательные ингредиенты яблочного пирога.

И людей.

То, что верно для яблочных пирогов, справедливо в отношении вас и меня. На мой взгляд, это самое прекрасное, что может поведать наука: тот факт, что углерод у вас в мышцах, кальций в костях, железо в крови и фосфор в ДНК – все это было синтезировано в ходе реакций термоядерного синтеза отдаленных светил. Как пела канадская фолк-исполнительница Джони Митчелл в балладе «Вудсток» 1969 г., «мы звездная пыль – миллиардолетний углерод».

Жизнь звезд непосредственно связана с нашей с вами жизнью.

Мы и космос едины.

6 Точность часовых механизмов