Нейтронные звезды. Как понять зомби из космоса

Сначала Хо и ее коллеги попытались найти более будничное объяснение этой необычной вспышке. Возможно, это вообще не взрыв, а очень яркая, близкая к Земле звезда в нашей собственной Галактике, обманчиво выглядящая как взрыв. Хо услышала от своего шефа, что это определенно звезда – и тратить на нее время вообще не стоит.

Хо уже направлялась к двери, когда звякнул ее телефон. Она остановилась, чтобы прочесть письмо, где было первое подтверждение внегалактической природы вспышки, произошедшей на расстоянии около 200 миллионов световых лет от нас, в карликовой галактике в созвездии Геркулес. “Отсюда следовало, что это действительно взрыв, на самом деле взрыв! Все ужасно обрадовались. Я развернулась и показала телефон своему руководителю. Вот тогда-то все засуетились, отчаянно стараясь понять, что же с этой информацией делать”, – рассказывает Хо.

Обнаружив этот взрыв, ученые впервые получили возможность стать свидетелями смерти звезды в реальном времени, конечно, если не учитывать задержку на 200 миллионов лет, потребовавшихся свету для того, чтобы достичь нашей планеты. Теперь, если провести измерения корректно, астрономы смогут не только увидеть взрыв массивной звезды, но и наблюдать коллапс ее ядра и образование в этом месте нейтронной звезды. Именно поэтому Хо отказалась от использования обычных оптических и радиотелескопов и решила, что ALMA больше подходит для наблюдения этой сверхновой.

Но чтобы понять, где та исходная точка, с которой стартовала Хо, надо вернуться на восемьдесят восемь лет назад. Итак, мы на пароходе, идущем из индийского порта Бомбей в Англию.

Путешествие на борту парохода “Пилена” заняло восемнадцать дней. Шел 1930 год, и Субраманьян Чандрасекар ехал в Кембридж, где планировал стать аспирантом физического факультета. Чтобы время не пропадало зря, он развлекался, решая уравнения. Вундеркинд из Индии (и племянник сэра Чандрасекхары Венкаты Рамана, первого азиата, получившего Нобелевскую премию по физике в том же 1930 году), Субраманьян в возрасте девятнадцати лет окончил университет и получил степень бакалавра физики. Через полвека, в 1983 году, сам Чандрасекар станет лауреатом Нобелевской премии за работу, которой он занимался на пароходе.

Незадолго до отъезда в Англию Чандрасекар увлекся белыми карликами – очень тусклыми останками звезд. Тогда считалось, что по окончании водородного “горючего”, поддерживающего термоядерное горение, все звезды, включая наше собственное Солнце, превращаются в белые карлики. Теперь мы знаем, что так умирают далеко не все звезды, а только те, которые в процессе эволюции постепенно сбрасывают внешнюю оболочку. От них останется плотное ядро из углерода, кислорода и азота. Считается, что по прошествии примерно ста миллионов миллиардов лет белый карлик полностью остынет и вообще перестанет испускать свет и тепло – превратится в “бездействующего” черного карлика.

Ко времени плавания Чандрасекара астрономы обнаружили всего три белых карлика. Среди них Сириус В – тусклый, мертвый собрат яркой звезды Сириус. Уже было известно, что плотность белых карликов невероятно высока: она превышает плотность Солнца больше чем в миллион раз. Квантовая механика, только-только появившаяся в начале XX столетия, позволяла объяснить, как возможно достичь такой невероятной плотности. Гравитационное давление внутри умирающей звезды сжимает атомы в ее ядре настолько сильно, что срывает с них электроны. Это значит, что формирующийся белый карлик состоит из положительно заряженных ионов, плавающих в море электронов. При продолжении гравитационного сжатия в игру вступает квантовая механика. Один из ее законов, принцип запрета Паули, утверждает, что никакие два фермиона (например, два протона или два электрона) не могут одновременно находиться в одном и том же состоянии – точно так же как при игре в “горячие стулья” двум людям не разрешается одновременно сидеть на одном стуле. Это означает, что внутри белого карлика часть электронов должна перейти из “основного”, самого низкого энергетического состояния в более высокое. Благодаря этому процессу возникает так называемое давление вырожденных электронов. Именно это давление уравновешивает силу гравитации и предотвращает коллапс белого карлика.