Вселенная на ладони

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.

Нейтронные звезды и пульсары

В глубине Крабовидной туманности находятся дымящиеся руины когда-то могущественной звезды. После того как ее плотное ядро из железа скукожилось под прессом собственного веса, она превратилась почти в ничто. Под огромным давлением железо полностью распалось, превратившись, в конце концов, в нейтроны – нейтральные частицы, обнаруженные в центре атомов. Все звезды с массами, от восьми до тридцати раз большими, чем масса Солнца, ожидает именно такой конец: они завершают жизнь, будучи окруженными остатками сверхновой.

Однако степень, до которой нейтроны могут объединяться, имеет границы. Поэтому коллапс нивелируется когда ядро сжимается до сверхвысокой плотности и достигает размера всего 30 километров в диаметре. Все, что остается от красной супергигантской звезды, размеры которой когда-то в 100 тысяч раз превышали размеры Земли, – это шар, меньший по размеру, чем город Лондон. Огромные количества массы сжаты в настолько малый объем, что одна чайная ложка материала из нейтронной звезды будет весить 10 миллионов тонн.

По мере конденсации звезды скорость ее вращения резко увеличивается. Когда-то она, возможно, совершала один оборот вокруг своей оси за несколько недель. Теперь она совершает тридцать оборотов в секунду. Магнитное поле звезды становится более концентрированным и в триллионы раз более мощным, чем у Земли. И как результат, сверхгорячий материал упорядочивается, концентрируясь в мощные пучки, которые устремляются в разных направлениях прочь от полюсов нейтронной звезды.

Это превращает нейтронную звезду в подобие космического эквивалента земного маяка. Если нам случается оказаться на пути вращающихся пучков, мы улавливаем регулярные, повторяющиеся всплески радиоволн. Поэтому эти космические объекты называются пульсарами – от сокращенного словосочетания «пульсирующие звезды».[3]