Бетельгейзе рождение сверхновой

«Рождение сверхновой» - уже сама эта фраза несет в себе ощущение прихода чего-то удивительного, невероятного. И это действительно очень интересный и сложный процесс. В этой статье мы рассмотрим его в самом общем виде, не вдаваясь в детали, просто для того, чтобы иметь представление о том, что это такое. Надеюсь, вам это понравится так же, как и мне.

Как появляются сверхновые? Звездная гравитация и давление.Звезды, также как и люди, живут со своими внутренними противоречиями. У них эту роль «перетягивания каната» играют: гравитация, которая заставляет их сжиматься, и давление с температурой, которые работают в сторону расширения. Звезды очень велики, поэтому их гравитация невероятно сильна. Она сжимает внутренности звезды с очень значительной силой. А так как состоят звезды, по большей части, из газа, то в итоге получается шар, который из-за сжатия разогревается. Если все идет как надо (а чаще всего именно так и происходит), то направленная внутрь звезды сила притяжения уравновешивается направленной во все стороны из центра силой давления и излучения тепла. В результате звезда стабильна.

Это равновесие поддерживается на протяжении всего времени жизни звезды. Давление и температура внутри звезды так огромны, что водород посредством термоядерной реакции превращается в гелий. Эта реакция дает ОЧЕНЬ МНОГО тепла, которое, опять же, удерживается гравитацией. Термоядерная реакция происходит в самом центре звезды, в её ядре. Грубо говоря, у звезды есть два слоя – очень маленькое ядро, в котором протекает эта реакция, и внешняя оболочка, которая содержит в себе основную часть массы звезды. Запомним это.

Основная звездная проблема состоит в том, что количество водорода, содержащегося в ней, не бесконечно. Однажды топливо заканчивается. Время жизни звезды напрямую зависит от её размеров, причем, чем звезда тяжелее, тем быстрее она сожжет всё своё топливо. В небольших звездах, вроде Солнца, с его относительно небольшой гравитацией, водорода хватит на миллиарды лет реакции, а большие, вроде Бетельгейзе или её соседа Ригеля, сжигают свой водород гораздо быстрее, счет идет уже только на миллионы лет. Звёзды, имеющие небольшую массу , очень экономно расходуют водород и могут сиять сотни миллиардов лет.

Самое интересное начинается тогда, когда водород заканчивается. Термоядерная реакция внутри звезды в зависимости от её веса либо начинает превращать гелий в углерод, либо просто останавливается. Звезда в таком случае превращается в красный гигант, чтобы потом, избавившись от большей части составляющего её газа, предстать в виде очень красивой туманности. Именно это и происходит с Бетельгейзе.

Также очень интересна судьба тяжелых звёзд, которые истратили всё своё водородное топливо. Гравитация даёт им силы сжимать ядро дальше и реакция термоядерного синтеза в таких звездах не прекращается, а наоборот, выстраивается в очень интересную цепочку. Гелий, который, как мы помним, образуется из водорода, в свою очередь превращается в углерод, а когда этот процесс заканчивается и гелия больше не остается, то углерод становится кислородом, кислород - магнием, а магний - кремнием! Это упрощенное описание цепочки, но и оно дает представление о том, что происходит и вызывает настоящее восхищение! Каждый последующий элемент тяжелее предыдущего, это настоящая звездная алхимия! Звезда после того , как заканчивается эта цепочка термоядерных реакций, представляет собой подобие капусты, каждый слой которой состоит из разных продуктов.

Каждый следующий этап этой цепочки преобразований происходит всё быстрее и быстрее, звезда может превращать водород в гелий на протяжении миллионов или десятков миллионов лет, но последующие этапы длятся сотни или даже десятки лет. Однако, мы остановились на кремнии, это важный момент, потому что дальше правила игры меняются. Кремний является материалом для появления железа, а это совсем другая история.

Как рождаются сверхновые? Урок гравитации от койота.Разница между предыдущими преобразованиями и этим в том, что все реакции, которые происходили до появления железа, в процессе ПРОИЗВОДИЛИ тепло. Эта тепловая энергия, как мы помним, поддерживала баланс в звезде, создавала противовес гравитации, но для того, чтобы преобразовать железо в более тяжелые элементы, тепло РАСХОДУЕТСЯ. Что это значит? Это значит, что когда в ядре звезды образуется достаточное количество железа, то реакция синтеза не дает энергии разлетаться от центра ядра, гравитации больше ничто не мешает и ядро СЖИМАЕТСЯ.

Сила тяжести уменьшает диаметр ядра размером в тысячи километров до шара величиной всего в несколько километров за тысячные доли секунды. Это как если внезапно выбить у стола все четыре ножки. Или представьте себе койота из мультика, который вдруг осознает, что стоит не на скале, а над пропастью. Точно так же и внешние слои звезды обрушиваются вниз. Они врезаются в ядро на скорости, сравнимой со скоростью света, в результате происходят две вещи: мощная отдача, из-за которой внешние слои отскакивают обратно, и появление огромного количества нейтрино, субатомных частиц, несущих во все стороны энергию столкновения. Газ внешних оболочек звезды поглощает нейтрино, и это - то же самое, что чиркнуть спичкой на складе китайских фейерверков. Внешние слои ВЗРЫВАЮТСЯ и вещество, из которого состоит звезда, весом во много солнечных масс вырывается наружу на скорости в несколько тысяч километров в секунду.

Этот гигантский выброс энергии и есть то, что мы называем сверхновой. Её яркость может возрастать на протяжении часов или дней, но на этом этапе каждую секунду вырабатывается столько энергии, сколько наше Солнце вырабатывает за всю свою жизнь, и это свечение видно во всех уголках Вселенной. В 1987 году, когда выстрелила сверхновая SN87A, она осветила всё вокруг на расстояние в 180 тысяч световых лет и светит до сих пор так, что её видно невооруженным глазом.

Также интересно, что в то время на земле работали несколько детекторов нейтрино. Они использовались для наблюдения за солнечными частицами. Однако, вечером 23 февраля, один из детекторов в Японии уловил небольшую вспышку. В одну секунду он поймал 11 нейтрино, что значительно больше того, что этот детектор улавливает от Солнца в любой другой момент. Поймать нейтрино очень сложно, и все они, образующиеся при сжатии ядра звезды, разлетаются по просторам космоса. Это значит, что те нейтрино, которые попали в японский детектор, прилетели туда прямо из ядра взорвавшейся звезды. Вспышка света - не очень точный показатель времени взрыва, яркость её может нарастать в течении нескольких часов или дней, поэтому только «японские» нейтрино дают возможность определить точное время взрыва. Мы знаем, что сверхновая SN87A образовалась 23 февраля в 7:36 по Гринвичу.

Только не надо говорить, что на самом деле это случилось 180 тысяч лет назад. Все это прекрасно понимают, но большинство астрономов предпочитают датировать события именно тем моментом, в который мы это видим.

Для всех поклонников «Звездных войн» есть хорошая новость. Возможно, что мы все, по примеру Люка, сможем наблюдать как неторопливо погружаются за горизонт, одно за одним, два светила. И это не фантазия Джорджа Лукаса: два солнца вполне могут освещать не только Татуин, но и старушку Землю. Да-да, в любой день мы сможем увидеть двойной закат и наслаждаться этим зрелищем на протяжении нескольких недель.

Двойное солнце Татуина – возможная реальность для нас в случае, если Бетельгейзе взорвется

Знаменитый красный гигант из созвездия Ориона – Бетельгейзе в этот самый момент стоит на пороге превращения в сверхновую, по прогнозам это может случиться до 2012 года, и если это произойдет, то самые смелые фантазии фанатов «Звездных войн» превратятся в реальность.

Вторая по величине звезда созвездия Ориона стремительно теряет массу, что является верным признаком приближающегося гравитационного коллапса. «В тот момент, когда это произойдет, мы получим второе солнце», - утверждает профессор Брэд Картер (Brad Carter) из университета Южного Квинсленда, что в Австралии.

«Это очень старая звезда, и её топливо заканчивается», - объясняет доктор Картер, - «Это топливо поддерживает звезду в стабильном состоянии, но когда оно закончится, то звезда «упадет сама на себя», и это произойдет практически мгновенно».

Когда это произойдет, то это будет взрыв в десятки миллионов раз ярче солнца. Плохая же новость в том, что это может произойти и через миллион лет, точнее сказать невозможно. Главное: в один прекрасный день ночь на Земле превратится в день на несколько недель.

«Сейчас звезда идет в последнюю атаку» - сыплет метафорами Картер – «а когда она взорвется, то пик яркости освещения продлится несколько недель, потом он пойдет на спад и будет плавно пропадать в течение нескольких месяцев, и потом всё вернется к обычному состоянию».

Интернеты полны мрачными слухами и сопоставлениями взрыва звезды с близостью Апокалипсиса, календарях майя и прочих знаках наступающего светопреставления. Название «Бетельгейзе» многие связывают с именем таинственной женщины, которой приписываются заслуги вплоть до «поддержания вселенной в равновесии», некоторые граждане уже скупают консервы и проветривают свои давно заготовленные бункеры.

Картер же ни о каком Апокалипсисе не говорит, и даже наоборот, считает, что взрыв только поможет землянам. «Когда происходит такой взрыв, то по всей вселенной проливается настоящий дождь из крошечных частиц, называемых «нейтрино». Вспышка взрыва осветит все небо, но на самом деле 99% энергии возникающей в этот момент не будет видна нам визуально. «Нейтрино наводнят собой всю землю», - говорит Картер – « а самое интересное, что они пройдут сквозь планету и наши тела совершенно незаметно, и не оставив никакого следа».

Роль сверхновых в формировании новых звезд и планет трудно переоценить. По сути, наша Земля, как и остальная солнечная система, сделана из материала возникающего таким образом. Все тяжелые металлы – золото, серебро, вплоть до урана… Бетельгейзе, взорвавшись, моментально произведет атомы всей периодической таблицы. Наши дома и даже сами наши тела когда-то давным-давно были частью другой суперновы – поучительно рассказывает доктор Картер.

Некоторые эксперты утверждают, что при взрыве Бетельгейзе может образоваться не только супернова, но и черная дыра. Картер оценивает вероятность такого исхода как 50%. «Есть равная возможность образования как нейтронной звезды, так и черной дыры. Если бы я стал оценивать её, то, думаю, речь шла бы о двадцати солнечных массах».

Астрономы предсказывают, что Бетельгейзе в конечном счёте подвергнется второму типу взрыва сверхновой, хотя, возможно, что её масса достаточно низка для того, чтобы после взрыва образовался редкий тип кислородно-неонного белого карлика. Что до вероятной шкалы времени для этого события, то и здесь мнения астрономов разделились. Хотя возраст Бетельгейзе составляет всего около 10 миллионов лет, некоторые считают, что текущая переменность звезды свидетельствует о том, что она уже находится в фазе выгорания углерода и потому подвергнется взрыву сверхновой в течение одной-двух тысяч лет. Другая группа учёных считает, что она проживёт гораздо дольше.

Однако все согласны, что такая сверхновая звезда будет грандиозным астрономическим событием, но, будучи весьма удалённой от Земли, она не будет представлять существенную угрозу жизни на ней.

В случае взрыва Бетельгейзе может увеличить свою яркость по крайней мере в 10 тыс. раз, сияя с яркостью полумесяца. Некоторые источники предсказывают максимальную звёздную величину, равную приблизительно звёздной величине полной Луны (-12,5). Взрыв будет длиться в течение нескольких месяцев, а звезда будет похожа на зеркальную точку, яркую, как полная Луна, и цвета раскалённого стекла ночью, а также будет легко заметна в дневном свете. После взрыва свечение звезды постепенно будет уменьшаться и, в течение нескольких месяцев или лет, она перестанет быть видимой невооружённым глазом. Правое плечо Ориона на какое-то время исчезнет, а через несколько столетий на его месте появится туманность.

Однако, если один из полюсов Бетельгейзе указывает на Землю, то здесь будут ощутимые воздействия. Поток гамма-лучей и других космических частиц будет направлен на Землю. Произойдут значительные северные сияния и возможно ощутимое уменьшение озонового слоя с последующим неблагоприятным воздействием на жизнь на планете. В случае такой ориентации к солнечной системе взрыв также будет казаться во много раз более ярким, чем если ось звезды указывает в сторону.

В 1980 году Шу-жэнь, Цзяньминь и Цзинь-и во время раскопок нашли китайские отчёты, датированные I веком до н. э., из которых следует, что цвет Бетельгейзе — белый или жёлтый. При этом Птолемей в 150 году н. э. описывает, что это красная звезда. Фан Личжи, китайский астрофизик, предположил, что Бетельгейзе, возможно, превратилась в красную гигантскую звезду в то время. Известно, что звёзды меняют свой спектральный класс от белого к жёлтому и, далее, к красному после того, как израсходуют водород в своих ядрах. Шу-жэнь предположил, что Бетельгейзе, возможно, изменила свой цвет, когда сбросила оболочку из пыли и газа, которая заметна даже теперь и всё ещё расширяется. Таким образом, если их теория верна, маловероятно, что Бетельгейзе скоро станет сверхновой звездой, потому что звезда обычно остаётся красным гигантом десятки тысяч лет.