Загадки космоса. Планеты и экзопланеты

О своем открытии ученые написали две статьи в Nature – в самый известный научный журнал в мире^{32, 33}. Белл защитила докторскую диссертацию по квазарам – менять тему было уже поздно, но она добавила приложение с подробностями об открытии пульсаров. Однако общество, по-видимому, еще не было готово к тому, что открытие может совершить недавний студент. В 1974 году Нобелевский комитет присудил премию по физике Мартину Райлу, за новаторские исследования в радиоастрофизике, и Энтони Хьюишу, за решающую роль в открытии пульсаров, – безусловно, достойным людям. Белл в список номинантов на премию не попала.

В результате разгорелся скандал. По мнению общественности, именно Джоселин Белл сделала величайшее открытие в астрофизике и именно ей должны были присудить Нобелевскую премию. Но, судя по всему, сама Белл, в силу природной скромности, не очень расстроилась. Она сделала прекрасную карьеру, получила множество наград и премий и в 2013 году вошла в сотню самых известных женщин Великобритании. Наконец, в 2018 году она была удостоена Премии за прорыв в области фундаментальной физики в размере трех миллионов долларов (как три Нобелевские премии) за открытие радиопульсаров. Все деньги Белл пожертвовала Институту физики в Лондоне на «финансирование выпускников из недостаточно представленных групп – женщин, представителей этнических меньшинств и беженцев, чтобы они могли стать учеными-физиками».

Что же такое пульсары, которые впервые обнаружила Джоселин Белл? Согласно современным представлениям, пульсар – это то, что остается от некоторых звезд на последних стадиях их эволюции. В первой главе рассказывалось, что звезда – это шар, состоящий из плазмы. Звезды рождаются, аккумулируя огромное количество газа, сжимаясь под действием собственной гравитации во все более плотные и горячие сгустки вещества. В какой-то момент плотность и давление внутри звезды достигают такой величины, что начинаются самоподдерживающиеся реакции ядерного синтеза: более легкие ядра превращаются в более тяжелые. Каждая последующая реакция требует все более высоких температур и давления. Когда в центре звезды закончится весь доступный водород, давление и температура возрастут настолько, что начнутся термоядерные реакции с гелием; когда закончится гелий, настанет время углерода, горение углерода сменится горением кислорода и так далее. Элемент, на котором прекратится термоядерный синтез, зависит от начальной массы звезды: так, в случае с Солнцем все остановится на углероде – чтобы «переплавить» его в кислород массы нашей родной звезды недостаточно.

Рисунок 10. Галактика NGC 4526 и ее сверхновая 1994 D (слева внизу). Изображение получено с помощью телескопа «Хаббл»

Если масса звезды больше 8 M_⊕, то химические элементы в ее центре последовательно переплавляются во все более и более тяжелые элементы, вплоть до железа. На железе процесс останавливается. Дело в том, что для того, чтобы превратить железо во что-то более тяжелое, необходимо поглотить дополнительную энергию, тогда как в ходе предыдущих реакций она выделялась. Следовательно, ядерный синтез железа приведет к снижению температуры звезды. Как только это произойдет, внутреннего давления звезды окажется недостаточно, чтобы удерживать ее массу: внешние оболочки звезды обрушатся на ядро и, как брошенный с высоты мячик, отскочат в космическое пространство. Взрыв звезды порождает невероятно яркую вспышку (взрыв сверхновой). Яркость звезды увеличивается в десятки и даже сотни миллионов раз, а количество энергии, излучаемой сверхновой во время взрыва, больше, чем то, что излучают одновременно все звезды Галактики.

После взрыва на месте сверхновой остается компактный сверхплотный объект. Дальнейшая его судьба зависит опять-таки от его массы. Если она больше 2 M_⊕, уже ничего не сможет помешать его коллапсу: объект обрушится внутрь себя и превратится в черную дыру – область с такой сильной гравитацией, что даже свет не может покинуть ее. Если же масса объекта меньше, коллапс остановится ядерными силами и образуется быстровращающаяся нейтронная звезда. При радиусе примерно 20 км и массе, близкой к массе Солнца, плотность звезды такова, что электронные оболочки атомов буквально вдавливаются в протоны, образуя тем самым нейтроны.