Смерть с небес

Теоретически это самая большая угроза, которую представляет сверхновая.

Наша атмосфера состоит из многих слоев. Мы находимся на дне, где много кислорода, смешанного с азотом, а также присутствуют и другие газы, такие как двуокись углерода и аргон, в следовых количествах. Но там наверху все по-другому.

Как обсуждалось в главе 2, на высоте примерно 15–50 км над поверхностью Земли находится озоновый слой, поглощающий опасное УФ-излучение Солнца. Если бы его ничто не задерживало, оно достигло бы поверхности и причинило самый разнообразный вред, включая солнечные ожоги и рак кожи у людей. Более того, многие простейшие организмы и бактерии, основа пищевой цепочки на планете, очень чувствительны к ультрафиолету.

Несомненно, озоновый слой исключительно важен для жизни на Земле, и с точки зрения сверхновой на нем красуется большая жирная мишень.

Когда рентгеновское излучение и гамма-излучение от сверхновой попадают в атмосферу Земли, они могут разрушать молекулы озона, приводя к каскадному развитию событий, описанных в начале этой главы. Критическим фактором, как и всегда, является расстояние. С какого расстояния сверхновая сможет разрушить озоновый слой настолько, что от этого пострадает жизнь на поверхности?

Это важный вопрос, и многие ученые относятся к нему очень серьезно. Некоторые составили компьютерные модели, чтобы понять, насколько близкая сверхновая может повредить нашей атмосфере. Они использовали математическую модель атмосферы, куда включили такие факторы, как высота сверхновой над горизонтом, время года, расстояние и так далее.

Разные модели дают разные ответы, но конечный результат, судя по всему, для нас благоприятен: чтобы причинить достаточно вреда озоновому слою и полностью разрушить основание пищевой цепочки, сверхновая должна была бы находиться от нас на расстоянии как минимум 100 световых лет. Некоторые модели свидетельствуют о том, что она должна быть даже ближе, скажем, 25 световых лет.

Так близко к нам нет массивных звезд, готовых взорваться, поэтому и в этот раз нам, похоже, ничто не угрожает… или угрожает?

Сириусная опасность?

У меня есть и другие плохие новости: взрываться могут не только массивные звезды. Более легким звездам, таким как Солнце, не хватает массы, чтобы создать условия для коллапса ядра. Но оказывается коллапс ядра — не единственный способ взорвать звезду.

В ядре массивной звезды накапливается гелий, со временем превращающийся в углерод и кислород. Но в звезде с малой массой этого не происходит: ее внешние слои просто слишком легкие и не создают нужного давления для слияния ядер гелия. Вместо этого гелий просто накапливается в самом центре звезды в виде плотного шара из вырожденного гелия. Вырождение — это тот причудливый эффект квантовой механики, который мы обсуждали ранее, проявляющийся, когда слишком много частиц одного типа — в данном случае электронов — очень сильно спрессованы. По мере накопления гелия скорость вырождения увеличивается и температура стремительно растет (хотя в данном случае все равно недостаточно сильно, чтобы синтезировать углерод и кислород из гелия).

Ранее мы уже рассмотрели, что звезда с малой массой расширяется и остывает, превращаясь в красный гигант. Если она достаточно массивна, она все еще может продолжать синтезировать углерод из гелия, при этом углерод будет накапливаться и цикл повторяться. Если у звезды не хватает массы, чтобы синтезировать углерод, процесс на этом прекращается.

Но жизнь красного гиганта еще не окончена. В то время как глубоко в сердцевине проходят все эти процессы, на поверхности ситуация совсем иная. Значительно увеличившиеся размеры звезды означают, что на поверхности силы тяготения гораздо ниже; газ там уже не удерживается столь надежно, как раньше. Вспомните также, что существенно возросла яркость звезды. Свет, исходящий изнутри, бомбардирует все частицы газа на ее поверхности. Газ поглощает этот свет, выталкивающий его наружу. Этого толчка может быть достаточно, ослабшие силы тяготения будут преодолены, газ получит достаточный импульс, позволяющий ему сорваться с поверхности и устремиться в космос.

Звезда испускает плотный поток вещества. Астрономы называют его звездным ветром, это как солнечный ветер на стероидах. Ветер от красных гигантов может быть очень плотным, унося в тысячи раз больше газа, чем раньше, до того, как в ядре звезды произошло вырождение; плотность этого потока может быть настолько большой, что наружные слои звезды могут полностью исчезнуть всего за несколько тысяч лет. За этот короткий по сравнению с продолжительностью жизни звезды промежуток она теряет до половины своей массы.