Знание-сила, 2009 № 02 (980)

Потоки нейтрино, покидающие недра сверхновой звезды, впервые удалось наблюдать при взрыве сверхновой в Большом Магеллановом облаке в 1987 году. За считанные часы до вспышки сверхновой сразу несколько детекторов зарегистрировали повышенный фон этих неуловимых частиц.

Итак, нейтрино, невидимками пролетая мимо всех звезд и планет, уносят с собой часть энергии породившей их звезды. Та компенсирует потерю энергии, еще быстрее — «еще энергичнее» — сжигая топливо. Звезда выгорает изнутри, словно дом, отданный на растерзание пожару.

Если масса звезды в восемь и более раз превышает массу Солнца, то за несколько десятков миллионов лет она израсходует весь имеющийся в ее недрах водород. Пройдет еще несколько миллионов лет, и будет сожжен весь гелий; через несколько тысяч лет допылают запасы углерода. Последнее, что попадет в ее топку, — кремний. Это отсрочит крах примерно на три недели. Звезда исчерпает свои ресурсы.

На память о былом богатстве останется «слиток металла» — железоникелевое ядро размером с нашу планету и массой, которая превосходит солнечную массу примерно в полтора раза. Атомные ядра железа и других элементов так называемого «железного пика» (кобальта, никеля) имеют максимальную энергию связи в расчете на одну частицу. Присоединение новых частиц к этим атомным ядрам требует огромных затрат энергии, а потому реакция термоядерного синтеза прекращается. Железо — самый стабильный из химических элементов. Его появление — мрачное предвестие. Теперь звезда обречена на гибель.

Можно сказать, все свои средства звезда вложила в этот ценный металл и тем самым вывела их из оборота. «Легкие деньги» водорода и гелия превратились в недвижимость, в «клад», который не сбыть никуда, пока накопленное сокровище не расточит жестокая «революция» — звездный взрыв.

Железное ядро стремительно — со скоростью, лишь в четыре раза ниже световой, — сжимается, образуя необычайно плотную и горячую протонейтронную звезду, диаметр которой составляет порядка тридцати километров. На все про все уходит полсекунды. Звезда мгновенно «падает внутрь себя», словно луч света — в глубокую шахту. «Падают» все ее части. К примеру, электроны «падают», если хотите, втискиваются, внутрь протонов, превращая те в нейтроны (этот процесс протекает с выделением большого количества нейтрино).

23 февраля 1987 года в Большом Магеллановом облаке вспыхнула сверхновая звезда

Механизм «угасания» звезды не вызывает разнотолков среди ученых. Они подчеркивают, что катастрофический коллапс ядра описан теоретиками достаточно подробно. Гораздо труднее объяснить, почему за этим следует взрыв. Что приводит в работу «спусковой механизм? Что заставляет звезду разлететься на части?

Возможно, дело в «отдаче». «Проваливаясь» внутрь себя, ядро звезды до предела сжимается, пока не «отскакивает» само от себя — как мяч, брошенный в стену, отлетает от нее. Если вы стоите на пути мчащегося назад мяча, он больно ударит вас. Вслед за ядром к центру звезды «проваливается» окружавшая его газовая оболочка. «Отскакивая» само от себя, то бишь разжимаясь, ядро со всего маху, — как мяч по выставленной к нему руке, как камень по стеклу, — бьет по этой оболочке. Такой удар трудно выдержать даже небесному гиганту.

«Поначалу мы думали, что эта коллизия порождает ударную волну, которая и инициирует рождение сверхновой звезды, — отмечает Адам Барроуз, астрофизик из Аризонского университета. — В этом была своя логика, но данный механизм не работал». Расчеты показывают, что при распространении ударной волны наблюдается массовое расщепление атомных ядер железа на свободные протоны и нейтроны. Этот процесс отнимает слишком много энергии. Волна ослабевает, гаснет. Теперь ее энергии хватит лишь на то, чтобы разогреть потоки летящего навстречу газа, но никак не отразить их. Если не будет каких-то других привходящих обстоятельств, то на месте погибшей звезды образуется черная дыра. Место сверхновой звезды окажется вакантно. Но она все же пылает на небосводе. Как же так?

Нейтрино сбрасывают маски

Более сорока лет назад, в 1966 году, Стирлинг Колгейт и Ричард Уайт из Ливерморской лаборатории предположили, что важную роль в возникновении сверхновой звезды играют нейтрино. Образуясь в центре протонейтронной звезды, они мгновенно уносятся вдаль, отводя огромное количество энергии. Ее достаточно, чтобы «поджечь» газовую оболочку умирающей звезды. «Ее достаточно» в гипотезе, однако компьютерные модели, созданные в 1970—1990-е годы, показали, что нейтрино не могут разогреть газ настолько, чтобы коллапс завершился взрывом. Потоки нейтрино чиркают по газовому облаку, словно спичка — по отсыревшему коробку, и не поджигают его. В одной модели, другой, третьей… А звезды тем не менее, взрываются, пусть и не часто.