Для звезд класса Солнца после истощения топлива, питающего вторичную реакцию нуклеосинтеза, снова наступает стадия гравитационного коллапса – на этот раз окончательного. Температура внутри ядра больше не способна подняться до уровня, необходимого для начала термоядерной реакции следующего уровня. Поэтому звезда сжимается до тех пор, пока силы гравитационного притяжения не будут уравновешены следующим силовым барьером. В его роли выступает давление электронного газа. Электроны, до этой стадии игравшие роль безработных статистов в эволюции звезды, на определенной стадии сжатия оказываются лишенными «жизненного пространства» и начинают «сопротивляться» дальнейшему гравитационному сжатию звезды. Состояние звезды стабилизируется, она превращается в вырожденного белого карлика, который будет излучать в пространство остаточное тепло, пока не остынет окончательно.
Срок жизни звезды и то, во что она превращается в конце пути, полностью определяется ее массой. Звезды с массой больше солнечной живут гораздо меньше Солнца, а время жизни самых массивных звезд – всего миллионы лет. Для подавляющего большинства звезд время жизни – около 15 млрд лет. После того как звезда исчерпает источники энергии, она начинает остывать и сжиматься. Конечным продуктом эволюции звезд являются компактные массивные объекты, плотность которых во много раз больше, чем у обычных звезд.
Подобно земной бабочке, жизнь белого карлика начинается с того, что он сбрасывает с себя кокон, под которым была скрыта сущность. Продолжая эту аналогию, можно сказать, что наше Солнце – это своеобразная гусеница, а когда оно сбросит с себя кокон газовой оболочки, это будет великолепнейшее зрелище! Когда-нибудь наше Солнце тоже превратится в «бабочку белого карлика», но это случится не раньше, чем через 5 млрд лет.
С одной стороны, общая картина рождения и жизни звезд ясна, поскольку в радио– и инфракрасном диапазонах исследовано большое число протозвезд на разных стадиях процесса рождения. С другой – образование звезды происходит достаточно быстро, и некоторые наиболее короткие этапы этого процесса, к сожалению, не представляется возможным наблюдать. Кроме того, пыль (звезда ведь не рождается из ничего) мешает рассмотреть многие важные детали. Поэтому изучение звездообразования является одним из основных приоритетов в мировой астрономии, и многие крупные проекты (включая космические) нацелены на исследование именно этого процесса.
Любопытно, что в составе земных живых организмов и человека много кислорода, азота и углерода. И все эти элементы когда-то побывали внутри ядерных топок звезд, а потом, будучи выброшенными в межзвездное пространство, образовали пылегазовые облака.
Глава 9. Сверхновые, белые карлики и нейтронные светила
Так что, собственно, у нас общего с новыми и сверхновыми? Разве не правда, что за исключением случайного беглого взгляда, брошенного нами на какую-нибудь яркую звезду в небе, нам от них ни жарко, ни холодно, и мы оставляем их астрономам и писателям научно-популярной литературы?
К такому взгляду можно прийти, если мы, в самом деле, полностью безразличны к тому, как образовалась наша Вселенная, как появились Солнце и Земля, как развилась жизнь и какие возможные опасности будут подстерегать человечество в будущем, потому что взрывающиеся звезды имеют самую тесную связь с каждой из этих вещей.
А. Азимов.
Взрывающиеся солнца.
Тайны сверхновых
Жизненный путь каждой звезды предопределен с самого начала ее массой. Солнцеподобные звезды умирают тихо и достойно, медленно сбрасывая внешние газовые оболочки, как деревья осеннюю листву. Более массивные звезды устраивают совершенно фантастический космический фейерверк, неистово разрываясь в чудовищных катаклизмах и превосходя на какое-то время по яркости целую галактику. Эта короткая вспышка звезды в конце ее жизненного цикла и является взрывом сверхновой (см. цветную вклейку).
Как и у человека, жизнь звезды – бесконечный поиск продуктов питания, т. е. новых источников энергии. Например, для нашего Солнца горение закончится где-то через 5 млрд лет на этапе образования гелия из водорода.
Чем массивнее и ярче звезда, тем быстрее она расходует запасы горючего, соответственно, быстрее сокращая свою жизнь. В основной части жизненного цикла звезды идет процесс превращения водорода в гелий. Массивные звезды в десятки солнечных масс успевают сжечь весь водород всего за несколько миллионов лет. В конце эволюции, после завершения эпохи сияния, звезды сбрасывают внешние слои, а центральное ядро превращается в белого карлика, нейтронную звезду или черную дыру.
Пока еще мало известно о рождении звезд, но еще меньше астрономы знают о взрывах сверхновых. Эти редко наблюдаемые с Земли космические события могут оказаться просто смертельными для человеческой цивилизации своими губительными потоками высокоэнергетического излучения. Однако вероятность взрыва сверхновой вблизи Солнечной системы не столь велика. Гораздо чаще ученые наблюдают конечный результат таких космических сверхвзрывов. Взрыв тяжелой сверхновой звезды сопровождается не только резким увеличением светимости, но и выбросом огромной массы газа и пыли в окружающее пространство. Из подобного остывшего «праха» когда-то образовалась и наша Солнечная система. Затем на планете Земля появились растения, животные и человек. Таким образом, все атомы тяжелых элементов внутри нас когда-то были внутри бурлящего термоядерного реактора какой-то из звезд.
Наверное, нет в астрономии объектов более красивых, чем так называемые планетарные туманности с «белыми карликами». Белые карлики были открыты еще в позапрошлом столетии, но объяснить их природу удалось лишь используя новую квантовую механику. Эти удивительные звезды оказались первыми известными науке космическими объектами, живущими по квантовым законам. Ученые, объяснившие происхождение и физическую природу белых карликов, были отмечены высшей научной наградой – Нобелевской премией.
Видимый цвет звезды определяется температурой термоядерной реакции, происходящей в ее глубинах. Но поскольку у белых карликов нет источников энергии и все термоядерные реакции прекратились, белый цвет на начальном этапе их жизни определяется запасенным теплом. По мере остывания цвет этих звездных объектов меняется от белого к красному, и в конце концов почерневший темно-красный карлик будет иметь температуру всего лишь в несколько тысяч градусов. Кстати, ниже температура и не опустится, поскольку падение вещества из межзвездной среды на поверхность карлика будет его постоянно разогревать.
Современные телескопы позволяют разглядеть белые карлики на большом расстоянии, даже если те уже успели изрядно остыть. Изучение подобных объектов дает много важной информации об истории нашей Галактики, особенно о раннем периоде. Их исследование позволяет определить возраст диска Галактики и различных скоплений, в которых наблюдаются белые карлики.
Если же белый карлик одинок, то он достаточно быстро становится слабым и тусклым объектом. Старые источники подобного типа в десятки тысяч раз слабее Солнца, которое само по себе является заурядным желтым карликом.
