Загадки для знатоков. История открытия и исследования пульсаров

Что ж, обнаружить и старую нейтронную звезду, давно переставшую быть пульсаром, и даже черную дыру можно, если они находятся в двойной системе, если они «вытягивают» к себе вещество звезды-соседки. Увидеть мы можем, но речь идет о том, чтобы узнать — сколько их, этих старых нейтронных звезд и этих загадочных черных дыр. Ведь мы взялись ответить на вопрос: как часто они образуются? Всегда ли при взрывах сверхновых? Пульсары нам ответа не дали — слишком ненадежны, неточны числа. Не помогут и рентгеновские двойные системы — здесь статистика еще хуже, очень многое приходится оценивать «на глазок»… Так и не могут астрономы-наблюдатели даже через двадцать лет после открытия пульсаров ответить на простой, казалось бы, но очень каверзный вопрос, заданный Ф. Цвикки более чем полвека назад.

* * *

Если не могут помочь наблюдения, может быть, обратиться к теории?

Теорию вспышек массивных звезд как сверхновых начали впервые разрабатывать в 1966 году У. Фаулер и Ф. Хойл. Их коллеги С. Колгейт и Р. Уайт продолжили исследования, рассмотрев, как могут взрываться менее массивные звезды — до 1,5 массы Солнца.

Вы еще не забыли о противоречии, о котором говорилось в начале этой главы? Коллапс протекает очень быстро — за минуты или даже секунды должна выделиться энергия до 10⁵³ эрг. Но такая большая энергия не может выделиться так быстро. Нам неизвестен механизм, который мог бы отобрать у звезды и рассеять в пространстве 10⁵³ эрг энергии за считанные секунды! Как избавиться от противоречия? Либо отказаться от быстрого коллапса, либо придумать «холодильник», который отбирал бы у звезды излишки энергии и рассеивал их. Оставлять энергию в коллапсирующем ядре звезды нельзя — огромные, в сотни миллиардов градусов, температуры замедлят коллапс и могут даже остановить его, а нам это вовсе ни к чему. Что делать?

Воспользуемся опять теорией решения изобретательских задач — ведь нам нужно сделать научное изобретение. В ТРИЗ первый шаг к решению задачи заключается в формулировке так называемого ИКР — идеального конечного результата. Что должно произойти в идеальном случае? В идеальном случае выделяющаяся потенциальная энергия должна превращаться в такой вид энергии, который сам и беспрепятственно исчезал бы из звезды. Была энергия — и нет ее! А все остальное вещество и не почувствовало.

Психологическая инерция возражает — это невозможно… Но все-таки, что мешает энергии сразу исчезнуть из звезды? Мешает плотное вещество звезды, которое при коллапсе еще больше уплотняется. Энергия пробирается наружу постепенно, преодолевая слой за слоем. Мы уже говорили раньше, что тепло, выделившееся в центре Солнца, достигнет его поверхности через многие годы. При коллапсе все процессы идут быстрее, потому что температура значительно выше, но и тогда речь идет о днях, часах, но не о секундах!

Итак, помеха ясна: звезда непрозрачна для энергии. Что нужно сделать, чтобы устранить помеху?

Нужно сделать звезду прозрачной. Разве нет в природе частиц, для которых прозрачна любая звезда? Частиц, которые способны пронизать звезду и, не почувствовав этого, улететь в космос? Есть такие частицы — нейтрино!

Итак, нужно, чтобы в сжимающемся ядре звезды прошли реакции с выделением нейтрино. Нейтрино уйдут в пространство и унесут весь излишек энергии. Все 10⁵³ эрг, не избавившись от которых мы не сможем сформировать нейтронную звезду.

Именно такое решение и описали в своей работе С. Колгейт и Р. Уайт. При катастрофическом коллапсе электроны захватываются протонами, возникают нейтроны и нейтрино. Реакция нейтронизации, мы уже говорили о ней. В сущности, мы убиваем двух зайцев. Получаем нейтроны, из которых состоит нейтронная звезда, и нейтрино, которые уносят огромную энергию. После С. Колгейта и Р. Уайта было проведено очень много расчетов катастрофического коллапса, и сейчас уже общепризнанно, что именно нейтрино и антинейтрино уносят из звезды практически всю выделившуюся гравитационную энергию. Около 10⁵³ эрг.

Нейтрино в принципе могут унести и всю энергию без остатка. На самом же деле в процессе катастрофического сжатия наступает момент, когда даже вездесущие нейтрино не могут больше «продраться» сквозь вещество звезды. Нейтрино начинают поглощаться. Те нейтрино, которые успели покинуть звезду, уносят почти всю энергию, а те, что остались вдруг запертыми, наталкиваются на вещество ядра как на стенку, поглощаются этим веществом, передают ему свою, все еще большую энергию, и… оболочка, получив запас энергии и импульса, разлетается. Взрыв сверхновой!