По прошествии пяти миллиардов лет процесс слияния водорода в ядре полностью прекратится и Солнце сожмется, а температура взлетит с 15 миллионов градусов до приблизительно 100 миллионов градусов. В оболочке, окружающей сверхгорячее ядро, слияние водорода возобновится. Это соответствует моменту, с которого Солнце начинает удаляться от главной последовательности диаграммы Герцшпрунга – Расселла – кривой эволюции звезд.
Энергия этого оживленного процесса слияния водорода будет сопровождаться разбуханием внешней оболочки Солнца в наружном направлении, пока она не достигнет ширины, в сотни раз превышающей сегодняшние размеры. Меркурий не устоит перед этими огненными объятиями. Венера, по-видимому, тоже. Распространив тепло по значительно большей площади поверхности, наше Солнце окрасится в красный цвет. Оно станет красным гигантом. Имея светимость в тысячи раз большую, чем сегодня, Солнце с легкостью расплавит все металлы на поверхности Земли. Возможно, наша планета будет даже притянута к Солнцу и станет частью его наружной оболочки.
Планетарные туманности и белые карлики
В ядре красных гигантов в результате сверхвысоких температур происходит слияние гелия и образование углерода и кислорода. Но температура и давление в малых звездах – по массе в восемь раз меньших, чем Солнце, – недостаточны для того, чтобы поддерживать процесс слияния углерода. Как только истощаются все запасы гелия, остается плотное углеродно-кислородное ядро приблизительно такого же размера, как Земля. Астрономы называют такие объекты белыми карликами. Не имея новых источников тепловой энергии, они в конце концов охлаждаются и меркнут, чтобы превратиться в черных карликов.
На определенном этапе внешние слои красных гигантов сметаются в космическое пространство сильными звездными ветрами. Но это не взрыв – он не настолько мощный. Вокруг центрального белого карлика газы образуют оболочку. Астрономы называют эти объекты планетарными туманностями, но они не имеют никакого отношения к планетам.
Когда астрономы впервые увидели эти туманности через старые телескопы, газовая оболочка делала их похожими по форме на планеты. С тех пор понимание этих космических объектов сильно изменилось, однако их неудачное название сохранилось.
На ночном небосклоне планетарные туманности смотрятся как самые потрясающие небесные объекты. Среди самых известных из них – окрашенная во все цвета радуги Кольцевая туманность в созвездии Лиры и Кошачий Глаз в созвездии Дракона. На снимках этих газовых облаков можно разглядеть белого карлика, скрывавшегося в центре.
Красные супергиганты
Звезды с массой примерно от восьми до десяти масс Солнца и больше эволюционируют по‐другому. Сначала процесс идет по сходному пути, однако в дальнейшем он резко меняется.
Сначала такие звезды разбухают до размеров даже больших, чем красные гиганты. Такие красные супергиганты могут достигать размеров, превышающих по ширине тысячу Солнц. Кроме того, они значительно ярче красных гигантов. Некоторые из ярчайших звезд на нашем ночном небе, такие как Бетельгейзе из созвездия Ориона и Антарес из созвездия Скорпиона, как раз и пребывают на этом этапе своих жизней. Представьте себе Антарес на месте нашего Солнца, и тогда его внешняя граница будет находиться за пределами орбиты Марса. Другие красные супергиганты достигали бы Юпитера и даже Сатурна.
Сильные различия в эволюции звезд наблюдаются главным образом в звездных ядрах. Сами по себе размеры этих звезд предполагают, что температуры здесь поднимаются до уровней, когда запускается процесс слияния атомов углерода и образования магния и кислорода. Когда содержание углерода в ядре исчерпывается, оно сжимается еще больше, а температуры поднимаются еще выше, так что начинается процесс слияния кислорода с превращением его в кремний и неон. И в этом же ключе продолжается – каждый раз, когда содержание того или иного элемента исчерпывается, ядро сжимается, а температуры вновь повышаются, создавая условия для слияния и возникновения новых элементов. Ход событий ускоряется, так как каждая последующая стадия или фаза становится короче предыдущей. Массивная звезда может поддерживать процесс слияния водорода, превращая его в гелий, на протяжении 10 миллионов лет, но финальная фаза – слияние кремния с превращением его в железо – занимает всего один день.
Но на этом процесс завершается. Железо – наиболее устойчивый элемент в периодической таблице – не способно к слиянию. В итоге ядро становится похожим на луковицу, в сердцевине которой находится масса железа, окруженная концентрическими слоями других неиспользованных элементов. Теперь, когда нет никакой возможности противостоять гравитационному коллапсу, судьба звезды предрешена.
Сверхновые звезды
В 1054 году китайские астрономы сообщали о неожиданном появлении того, что они называли «гостевой звездой». Появившаяся ниоткуда, эта звезда была столь яркой, что ее можно было видеть в течение всего дня на протяжении почти целого месяца. Она постепенно бледнела, уходя с ночного неба, пока после двух лет пребывания на китайском небосклоне совсем не исчезла.
Сегодня мы знаем, что древние китайцы стали свидетелями взрыва сверхновой звезды – одного из самых грандиозных и мощных событий во всей Вселенной. Современные астрономы по остаткам этого катаклизма идентифицировали Крабовидную туманность в созвездии Тельца. По прошествии почти тысячи лет туманность продолжает выбросы газа со скоростью 1500 километров в секунду. Будучи предсмертной агонией массивной звезды, сверхновая может светить как 10 миллиардов Солнц и выделять больше энергии, чем выделила звезда на протяжении всей своей жизни.
Она зарождается с плотного железного ядра, которое образуется в сердцевине красного супергиганта. Будучи неспособным сопротивляться силе гравитации, ядро менее чем за секунду саморазрушается со скоростью, равной почти четверти скорости света. В результате такого коллапса ударные волны почти так же стремительно разбегаются во все стороны, прорываясь сквозь наружные оболочки звезды и разрывая ее на части.
Знаменитая Крабовидная туманность (M1) в созвездии Тельца. Это остаток взрыва сверхновой в 1054 году
Снимок 1998–1999 годов аналеммы, изображенной на стекле витрины офиса Лабораторий Белла, Мюррей Хилл, Нью Джерси; статья Дж. Фисберна в Английской «Википедии».
Взрывная сила сталкивает между собой соседние атомы, формируя элементы более тяжелые, чем железо. Сверхновая звезда выбрасывает вещества, возникшие и в результате слияния, и в результате самого взрыва, в межзвездное пространство. Этот процесс обогащает молекулярные облака широким разнообразием элементов, которые в дальнейшем становятся частью любых других образующихся здесь звезд и планет.
Вы носите какие-нибудь украшения и драгоценности? Золото, серебро и платина – все эти объекты вожделения многих людей были созданы в сверхновой (а также столкновениях нейтронных звезд). Железо, содержащееся в вашей крови, а также кислород, способствующий его переносу по всему вашему телу, были образованы внутри массивных звезд путем слияния элементов, а затем рассеяны по всему пространству Вселенной сверхновыми. Именно они, эти сверхновые звезды, являются завершающим пунктом космического круговорота, и без них нас просто не было бы там, где мы сейчас находимся.
