Суперобъекты. Звезды размером с город

Если в вашем распоряжении есть большой бюджет, то даже его маленький кусочек, незаметный на фоне общей суммы, будет выглядеть внушительно. Так у всех больших американских космических миссий в течение долгого времени где-то около 1 % бюджета шел на популяризацию (сейчас, правда, финансирование популяризации в NASA осуществляется централизованно), что позволяло обеспечить весь мир красивыми астрономическими картинками и видео. Если миссия стоит $1 миллиард, то 1 % – это целых $10 миллионов. А $10 миллионов каждой миссии – немалая сумма для популяризации науки. Так и при взрыве сверхновой. Если есть очень много энергии и ее можно выделить несимметрично (хотя бы на 1 % вправо больше, чем влево), то тогда объект, который образуется, испытает асимметричное воздействие. И, соответственно, по закону сохранения импульса, новорожденный компактный объект полетит в ту или иную сторону, в зависимости от того, как устроена асимметрия. Так можно было бы получать скорости в несколько тысяч километров в секунду.

Вопрос в том, как устроить асимметрию? Здесь окончательного ответа до сих пор нет. Споры до сих пор продолжаются, отчасти потому, что нам не хватает наблюдательных данных, отчасти из-за того, что физика взрыва сверхновых очень сложная.

Основных механизмов генерации асимметрии два. Во-первых, взрыв просто может быть достаточно несимметричным, и возникнет такая ситуация. Есть свежеобразовавшийся компактный объект, а рядом, в выброшенном веществе, имеется область с повышенной плотностью. Она притянет к себе нейтронную звезду и будет ее разгонять. То есть если распределение вещества вокруг компактного объекта после взрыва сильно несимметрично, то возникают условия для разгона.

Вторая идея связана с нейтрино (ее впервые детально обсуждал Николай Чугай в 1984 году), поскольку именно они уносят основную энергию при взрыве сверхновой. Нейтрино в огромном количестве рождаются в коллапсирующем ядре звезды. Например, нейтрино возникают при образовании нейтронов в результате захвата электронов протонами в ядрах элементов при высоких плотностях (так называемая нейтронизации вещества). Если все сразу не ушло под горизонт черной дыры, то в какой-то момент, когда вещество прозрачно для нейтрино, они устремятся наружу. Задача теперь состоит в том, чтобы сделать несимметричным поток нейтрино. И здесь опять-таки есть несколько идей.

Во-первых, вы можете сделать распределение плотности вещества неоднородным. Тогда где-то вещество будет для нейтрино более прозрачным, а где-то менее прозрачным. Соответственно, туда, где прозрачно, нейтрино полетит больше. В этом направлении как бы будет работать реактивный двигатель. Значит, по закону сохранения импульса, нейтронная звезда начнет двигаться в противоположном направлении.

Другая идея связана с сильными магнитными полями. Нейтрино «чувствуют» магнитное поле, оно будет направлять их движение. В симметричной ситуации (например, в случае дипольного магнитного поля) возникнет две идентичные нейтринные струи. Но если магнитное поле в молодой нейтронной звезде (которая еще только образуется, и в ней все бурлит, все изменяется) будет немного несимметрично, то реактивный двигатель будет работать несимметрично. В одну сторону будет «дуть» меньше, в другую больше, и нейтронная звезда сможет разгоняться.

Если при рождении компактного объекта происходит временное усиление магнитных полей до очень высоких величин (такую модель называют магнито-ротационным взрывом, ее придумали и разрабатывают Геннадий Бисноватый-Коган и его коллеги), то здесь также симметрия может быть нарушена. А значит, возможно ускорение компактного объекта.

Похожая штука может работать и с черными дырами, если они образуются не сразу, а в два этапа. Если вещество не сразу ушло под горизонт, а вначале возникло тело вроде молодой нейтронной звезды (так называемая протонейтронная звезда), тогда, пока существует этот объект, наружу могут вылетать нейтрино, могут возникать струи вещества, могут происходить всякие бурные процессы. И все это может быть асимметричным. Таким образом новорожденный компактный объект может успеть разогнаться. А потом, когда образуется черная дыра, она «запомнит» скорость.

Для черных дыр скорости могут быть немного меньше, чем у нейтронных звезд, просто потому, что они более тяжелые. Если типичная масса нейтронной звезды – это полторы массы Солнца, то типичная масса черной дыры – примерно 5–10 масс Солнца, т. е. в несколько раз больше, значит, скорости будут в несколько раз меньше. Примерно это и наблюдается.

Нейтронных звезд мы знаем довольно много. Это в основном радиопульсары (их проще открывать), которых известно около 2000. Для многих из них скорости достаточно хорошо измеряются. А вот черных дыр мы знаем мало. Есть всего несколько кандидатов в одиночные черные дыры, открытых с помощью микролинзирования. Их точная скорость не определена, приблизительно это 100 км/с.