Нейтронные звезды. Как понять зомби из космоса

Чандрасекар все это знал не в последнюю очередь потому, что внимательно изучил книгу “Внутреннее строение звезд”, написанную в 1926 году Артуром Стэнли Эддингтоном – одним из лучших астрофизиков того времени. Термин “белые карлики” ранее ввел нидерландско-американский астроном Виллем Лейтен, но именно книга привлекла к ним всеобщее внимание. Однако Эддингтон неправильно объяснял огромную плотность этих умирающих звезд, полагая, что такая плотность обусловлена термическим (вызванным теплом) давлением внутри белых карликов. Позднее в том же году правильное квантово-механическое объяснение предложил английский физик Ральф Говард Фаулер в статье “О плотном веществе”, опубликованной в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Чандрасекар скрупулезно изучил и эту статью. Он направлялся в Англию, чтобы работать под руководством Фаулера, и решил самостоятельно продолжить его расчеты⁴.

Путешествие оказалось долгим, и молодой ученый имел достаточно времени, чтобы проанализировать уравнения Фаулера. Чандрасекар сделал еще один шаг – учел релятивистские эффекты, что необходимо, когда скорость объекта близка к скорости света. Он понял, что электроны внутри белого карлика движутся с невероятно большой скоростью – и это приводит к неожиданным и удивительным результатам. Как оказалось, для того чтобы звезда стала белым карликом, масса ее ядра в момент гибели должна быть меньше 1,4 массы Солнца. Расчет Чандрасекара показал, что, если этот предел превзойден, белый карлик не может существовать, поскольку из-за лишней массы невероятно плотное вещество внутри звезды не способно сопротивляться гравитационному сжатию. Другими словами, ни одна звезда, оказавшаяся к концу своего существования массивнее Солнца в 1,4 раза, не станет одним из этих новооткрытых, тусклых, хотя и сверхплотных небесных объектов. Позднее вычисленное верхнее значение массы умирающей звезды стали называть пределом Чандрасекара. Но тогда возникает вопрос: что происходит со всеми более массивными звездами?

В то время ученые этого не знали. В 1931 году, когда Чандрасекар опубликовал свою работу, нейтрон еще не был открыт: Чедвик подтвердил его существование только в следующем году. Молодой индийский ученый не мог себе представить, что происходит с более массивными звездами в момент их смерти. Не зная о возможности образования нейтронных звезд, он предположил, что, возможно, в отсутствие гравитационного давления массивные звезды просто сжимаются и превращаются практически в ничто – уходят в небытие. Сейчас считается, что результатом коллапса очень массивных звезд становятся черные дыры. Однако в то время черные дыры существовали только в теории и еще несколько десятилетий оставались не реальными, а математическими объектами.

Чандрасекар непреднамеренно стал провозвестником и нейтронных звезд, и черных дыр.

Эддингтон, со своей стороны, так никогда и не согласился с идеей Чандрасекара. В 1934 году, вслед за публикацией первых результатов, молодой ученый направил в Королевское астрономическое общество еще две статьи, где уточнялись его более ранние расчеты и выводы. В январе 1935 года Чандрасекара пригласили сделать доклад на эту тему на заседании Королевского астрономического общества. Эддингтон выслушал выступление Чандрасекара, а затем взял слово сам и не оставил от его работы камня на камне. “Формула Чандрасекара основывается на объединении релятивистской механики с нерелятивистской квантовой теорией. Такой союз мне представляется греховным, а его результат – незаконным”, – сказал Эддингтон потерявшему дар речи Чандрасекару. Эддингтон верил: любая звезда со временем превращается в белый карлик. Ему казалась противоестественной идея коллапса в ничто под действием гравитации (позднее это “ничто” стало называться черной дырой). “Я полагаю, – заявил Эддингтон, – что должен быть общий закон природы, запрещающий звезде вести себя столь абсурдно!” Чандрасекар был настолько потрясен, что следующие четыре десятилетия белыми карликами больше не занимался. В то время под влиянием авторитета Эддингтона большинство ученых приняли его сторону. Все же, несмотря на противоречия, Чандрасекар и Эддингтон оставались в хороших отношениях⁵.